(57)【要約】  複雑な構造およびプロセスを要せず機械的信頼性を向上し低周波数化に対応した振動発電器、振動発電装置ならびに振動発電装置を搭載した電子機器及び通信装置を提供する。  第１の基板と第１の基板上に配置された第１の電極と第１の基板から離間し、対向して配置された第２の基板と第２の基板に配置された第２の電極とを含み、第１の基板が第２の基板に対して振動可能で、第１の電極と第２の電極の一方が電荷を保持した膜を含む振動発電器であって、第１の基板上に配置された電荷を保持した膜を含む第３の電極と第２の基板上に配置された電荷を保持した膜を含む第４の電極とを更に含み、第３の電極と第４の電極は第１の基板に外力が作用しない時は第１の基板を所定位置に保持し、第１の基板に外力が作用して第１の基板が第２の基板に対して移動した時は第１の基板を所定位置に戻す静電力が作用するように配置されている振動発電器である。
2011067936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板上に配置された第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ対向して配置された第２の基板と、
前記第２の基板に配置された第２の電極と、
を含み、前記第１の基板が前記第２の基板に対して振動可能でかつ、前記第１の電極と前記第２の電極の一方が電荷を保持した膜を含む振動発電器であって、
前記第１の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、
前記第２の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第４の電極と、
を更に含み、
前記第３の電極と前記第４の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする振動発電器。
【請求項２】
前記第１の電極または前記第２の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第４の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、
前記第３の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、
前記第４の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、
前記第３の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、
前記第４の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項５】
一端が前記第２の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている突起体を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項６】
前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面と反対側の面に対向し、前記第１の基板から離間した第３の基板と、
一端が前記第３の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている第２の突起体と
を含むことを特徴とする請求項５に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記第３の基板が前記第２の基板上に形成した支持体により支持され、前記支持体は前記第１の基板の前記振動の振幅を規定することを特徴とする請求項６に記載の振動発電器。
【請求項８】
前記第１の電極と前記第３の電極とが、前記第１の基板上に形成された電荷を保持した第１の膜と、該第１の膜を覆うように形成された絶縁体とにより構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項９】
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の一方の面と対向して配置された第３の基板と、
前記第１の基板の前記一方の面に配置された第５の電極と、
前記第５の電極と対向するように前記第３の基板上に配置された第６の電極と、
を更に含み、
前記第１の基板が前記第３の基板に対して振動可能で、前記第２の基板が前記第１の基板の他方の面と対向し、
前記第１の電極と前記第３の電極が前記第１の基板の前記他方の面に配置され、
前記第５の電極および前記第６の電極の一方が電荷を保持した膜を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項１０】
前記第１の基板の前記一方の面に配置され、かつ電荷を保持した膜を含む第７の電極と、
前記第３の基板に配置され、電荷を保持した膜を含む第８の電極と、
を更に含み、
前記第７の電極と前記第８の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第３の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の振動発電器。
【請求項１１】
前記第５の電極または前記第６の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第７の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする請求項１０に記載の振動発電器。
【請求項１２】
前記第３の電極と前記第４の電極とを２組有し、前記第３の電極と前記第４の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第３の電極と前記第４の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第３の電極と前記第４の電極とが配置され、
前記第７の電極と前記第８の電極とを２組有し、前記第７の電極と前記第８の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第７の電極と前記第８の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第７の電極と前記第８の電極とが配置されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の振動発電器。
【請求項１３】
一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１４】
前記第１の電極が前記電荷を保持した膜を含み、
前記第２の電極が前記電荷を保持した膜を含み、
前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極と前記第７の電極とが、前記第１の基板上に形成した電荷を保持した膜と、該電荷を保持した膜を覆う絶縁体とを含むことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の振動発電器と、
前記振動発電器からの交流出力電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
を含むことを特徴とする振動発電装置。
【請求項１６】
前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換を行う電圧変換回路と、
前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、
前記電圧変換回路、或いは前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、
前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、或いは電圧制御回路に切り替える出力切替回路と、
を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の振動発電装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の振動発電装置を用いた通信装置。
【請求項１８】
請求項１〜１４のいずれか1項に記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする通信装置。
【請求項１９】
請求項１５または１６に記載の発電装置を用いた電子機器。
【請求項２０】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動発電器および振動発電装置と、振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器に関し、とりわけエレクトレット材料を用いた静電誘導型振動発電器および振動発電装置と、当該振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動発電装置として、可変容量の一方の電極に電荷を与え、対向する他方の電極へ静電誘導により電荷を誘起する静電誘導型振動発電装置が知られている。容量の変化により誘起される電荷に変化が生じる。静電誘導型振動発電装置は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
図２４は、エレクトレット材料を用いた従来の静電誘導型振動発電器の一例である、特許文献１（同文献の図４および１０頁〜１１頁参照）に記載された振動発電器１０の概略断面図である。
振動発電器１０は、複数の導電性表面領域１３を備えた第１の基板１１と、複数のエレクトレット材料領域１５を備えた第２の基板１６とで構成される。第１の基板１１と、第２の基板１６とは、互いに所定の間隔を隔てて配置されている。エレクトレット材料領域１５を含む第２の基板１６は固定されている。導電性表面領域１３を含む第１の基板１１は固定構造１７にバネ１９を介して連結されている。バネ１９は第１の基板１１の両側面に接続されており、また、固定構造１７に接続されている。このバネ１９により第１の基板１１は定位置に戻る（保持される）ことができ、或いは、第１の基板１１は側方運動（例えば図の左右方向の運動）を行い、定位置に戻ることができる。この動きにより、エレクトレット材料領域１５と、対向する導電性表面領域１３との重なり面積の増減が生じ、導電性表面領域１３に電荷の変化が生じる。振動発電器（静電誘導型振動発電器）１０は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う。
そして、発電に用いる振動の周波数に応じて第１の基板１１の振動の共振周波数を選択する。【０００４】
しかし、振動発電器１０では、第１の基板１１とバネ１９とに依存して共振周波数が決定されるため、以下に示すように共振周波数の低周波数化が困難であるという問題がある。
すなわち、共振周波数を低くするためには第１の基板１１の質量を増加させる、またはバネ１９のバネ定数を小さくする必要がある。バネ１９は通常シリコン等から形成されており材料の弾性定数、或いはバネのサイズのため、バネ定数を小さくすることが困難なことから、第１の基板１１の質量を増加させる必要がある。【０００５】
しかし、第１の基板１１の質量を大きくして共振周波数を低周波数化すると、バネ１９には第１の基板１１の振動により大きな力が付与される（バネ１９により大きな歪みが発生する）こととなり、バネ１９の耐久性が低下してしまうという問題がある。【０００６】
この問題を解決するため、弾性歪みに強く、共振周波数が低周波数化可能な樹脂バネを用いた静電誘導型振動発電器がある（例えば、非特許文献１参照）。
図２５は、非特許文献１に記載されている、樹脂バネを用いた従来の振動発電器（静電誘導型振動発電器）２０を示す概略斜視図である。
振動発電器２０は、エレクトレット(electret)２９が形成された第１の基板２１と、第１の基板２１を固定構造２７に接続する、樹脂製のバネ２９により構成されている。バネ２９は、耐疲労性等の耐久性を有するパリレン樹脂材料を用いて構成されているので、比較的低い周波数で、かつ大きな振幅で第１の基板２１を振動させることが可能である。【０００７】
さらにバネ２９は、長さ方向（図のｘ方向）の長さに対して幅方向（図のｙ方向）、及び第１の基板２１の厚さ方向（図のｚ方向）の長さの比率が大きい高アスペクト比構造を有していることから、バネ２９は幅方向（ｙ方向）及び基板の厚さ方向（ｚ方向）に振動することなく第１の基板２１が一軸方向にのみ振動（強制振動）する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５２９５７４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T. Tsutsumino, Y. Suzuki, N. Kasagi, and Y. Sakane, "Seismic Power Generator Using High- Performance Polymer Electret," IEEE Int. Conf. MEMS 2006, Istanbul, (2006), pp.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１に示す従来の振動発電器２０の構成では、例えば数Ｈｚ程度のような、更なる低周波数化を行うためには、第１の基板２１の質量を大きくする方法だけでは実現できない。そして、例えば、樹脂ばね２９をｘ軸方向に長くする等により樹脂バネ２９のｘ軸方向のばね定数をさらに小さくする必要がある。この結果、所望の振動方向以外の方向（例えばｙ軸方向）のばね定数も小さくなる。
このため、外部振動に対して所望の方向以外にも振動が発生するなどの課題を有していた。【００１１】
また、第１の基板２１として、シリコン基板およびガラス基板等を用いるのに対して、樹脂バネ２９はシリコンおよびガラスと全く異なるパリレン等の樹脂により形成されるため、構造、プロセスが複雑になるなどの課題を有していた。【００１２】
さらに、基板の振動数が低くなっても所望の発電量を確保できるように、基板の振動１回あたりより多くの電力を発電できる振動発電器、振動発電装置、ならびに振動発電装置を搭載した電子機器及び通信装置が求められていた。【００１３】
本発明は、このような課題を解決するもので、特に、複雑な構造およびプロセスを要せず、機械的な信頼性を向上するとともに、低周波数化に対応した振動発電器、振動発電装置、ならびに振動発電装置を搭載した電子機器及び通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の態様１は、第１の基板と、前記第１の基板上に配置された第１の電極と、前記第１の基板から離間し、かつ対向して配置された第２の基板と、前記第２の基板に配置された第２の電極と、を含み、前記第１の基板が前記第２の基板に対して振動可能でかつ、前記第１の電極と前記第２の電極の一方が電荷を保持した膜を含む振動発電器であって、前記第１の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、前記第２の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第４の電極と、を更に含み、前記第３の電極と前記第４の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする振動発電器である。【００１５】
本発明の態様２は、前記第１の電極または前記第２の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第４の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする態様１に記載の振動発電器である。【００１６】
本発明の態様３は、前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、前記第３の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第４の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする態様１または２に記載の振動発電器である。【００１７】
本発明の態様４は、前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、前記第３の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第４の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする態様１または２に記載の振動発電器である。【００１８】
本発明の態様５は、一端が前記第２の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている突起体を含むことを特徴とする態様１〜４のいずれかに記載の振動発電器である。【００１９】
本発明の態様６は、前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面と反対側の面に対向し、前記第１の基板から離間した第３の基板と、一端が前記第３の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている第２の突起体とを含むことを特徴とする態様５に記載の振動発電器である。【００２０】
本発明の態様７は、前記第３の基板が前記第２の基板上に形成した支持体により支持され、前記支持体は前記第１の基板の前記振動の振幅を規定することを特徴とする態様６に記載の振動発電器である。【００２１】
本発明の態様８は、前記第１の電極と前記第３の電極とが、前記第１の基板上に形成された電荷を保持した第１の膜と、該第１の膜を覆うように形成された絶縁体とにより構成されていることを特徴とする態様５〜７のいずれかに記載の振動発電器である。【００２２】
本発明の態様９は、前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の一方の面と対向して配置された第３の基板と、前記第１の基板の前記一方の面に配置された第５の電極と、前記第５の電極と対向するように前記第３の基板上に配置された第６の電極と、を更に含み、前記第１の基板が前記第３の基板に対して振動可能で、前記第２の基板が前記第１の基板の他方の面と対向し、前記第１の電極と前記第３の電極が前記第１の基板の前記他方の面に配置され、前記第５の電極および前記第６の電極の一方が電荷を保持した膜を含んでいることを特徴とする態様１または２に記載の振動発電器である。【００２３】
本発明の態様１０は、前記第１の基板の前記一方の面に配置され、かつ電荷を保持した膜を含む第７の電極と、前記第３の基板に配置され、電荷を保持した膜を含む第８の電極と、を更に含み、前記第７の電極と前記第８の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第３の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする態様９に記載の振動発電器である。【００２４】
本発明の態様１１は、前記第５の電極または前記第６の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第７の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする態様１０に記載の振動発電器である。【００２５】
本発明の態様１２は、前記第３の電極と前記第４の電極とを２組有し、前記第３の電極と前記第４の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第３の電極と前記第４の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第３の電極と前記第４の電極とが配置され、前記第７の電極と前記第８の電極とを２組有し、前記第７の電極と前記第８の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第７の電極と前記第８の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第７の電極と前記第８の電極とが配置されていることを特徴とする態様１０または１１に記載の振動発電器である。【００２６】
本発明の態様１３は、一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする態様９〜１２のいずれかに記載の振動発電器である。【００２７】
本発明の態様１４は、前記第１の電極が前記電荷を保持した膜を含み、前記第２の電極が前記電荷を保持した膜を含み、前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極と前記第７の電極とが、前記第１の基板上に形成した電荷を保持した膜と、該電荷を保持した膜を覆う絶縁体とを含むことを特徴とする態様１０〜１３のいずれかに記載の振動発電器である。【００２８】
本発明の態様１５は、態様１〜１４のいずれかに記載の振動発電器と、前記振動発電器からの交流出力電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、を含むことを特徴とする振動発電装置である。【００２９】
本発明の態様１６は、前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換を行う電圧変換回路と、前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、前記電圧変換回路、或いは前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、或いは電圧制御回路に切り替える出力切替回路と、を更に含むことを特徴とする態様１５に記載の振動発電装置である。【００３０】
本発明の態様１７は、態様１５または１６に記載の振動発電装置を用いた通信装置である。【００３１】
本発明の態様１８は、態様１〜１４のいずれかに記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする通信装置である。【００３２】
本発明の態様１９は、態様１５または１６に記載の発電装置を用いた電子機器である。【００３３】
本発明の態様２０は、態様１〜１４のいずれかに記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の振動発電器によれば、例えば数Ｈｚ程度と周波数の低い外部振動に対しても、基板が大振幅で動作することができるため、低周波領域の振動により発電を行うことができる。
また、本発明の振動発電器によれば、静電力によるバネ構造を用いることにより弾性変形を伴う機械的なバネを排除することができることから、複雑な構造およびプロセスを要せず、機械的信頼性の向上を図ることが可能である。
さらに、本発明の振動発電装置によれば、蓄電回路を設けることで、出力電圧の安定を図ることが可能である。
さらにまた、本発明の振動発電器、振動発電装置を用いた通信装置および電子機器によれば、電池交換等のメンテナンス回数を低減できるなど利用上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動発電器の断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る第１の基板及び第２の基板を示す上面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る別の第１の基板及び第２の基板を示す上面図
【図４】本発明の実施の形態１に係るエレクトレット電極の断面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る振動発電器の断面図
【図６】本発明の実施の形態３に係る、（ａ）振動発電器の断面図と、（ｂ）第１の電極の構造を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態４に係る、（ａ）振動発電器の第２の基板を示す上面図と、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図
【図８】本発明の実施の形態５に係る振動発電器の断面図
【図９】本発明の実施の形態５に係る振動発電器の他の構成を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態６に係る振動発電器の断面図
【図１１】本発明の実施の形態６に係る、（ａ）第１の基板の上面図、及び（ｂ）第２の基板を示す上面図
【図１２】本発明の実施の形態６に係るエレクトレット電極の断面図
【図１３】本発明の実施の形態６に係る他の構造の第１の基板、及び第２の基板を示す上面図
【図１４】本発明の実施の形態７に係る振動発電器の断面図
【図１５】本発明の実施の形態８に係る、（ａ）振動発電器の断面図と、（ｂ）第５の電極の構図を示す断面図
【図１６】本発明の実施の形態９に係る、（ａ）振動発電器の第３の基板を示す上面図と、（ｂ）Ｂ−Ｂにおける断面図
【図１７】本発明の実施の形態１０に係る振動発電器の断面図
【図１８】本発明の実施の形態１０に係る振動発電器の他の構成を示す断面図
【図１９】本発明の実施の形態１１に係る振動発電装置を示すブロック図
【図２０】本発明の実施の形態１１に係る振動発電装置の各部の電圧波形を示す図
【図２１】本発明の実施の形態１１に係る振動発電装置の別の構成を示すブロック図
【図２２】本発明の実施の形態１２に係る振動発電装置を用いた通信装置を示す図
【図２３】本発明の実施の形態１３における振動発電装置を用いた電子機器を示す図
【図２４】従来の静電誘導型振動発電器の断面図
【図２５】従来の樹脂バネを用いた静電誘導型振動発電器の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
【００３７】
１．実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る振動発電器１００の断面図であり、図２は図１の振動発電器１００の第１の基板１０２（図２（ａ））、及び第２の基板１０３（図２（ｂ））の上面図である。図１が示す断面は、図２のＡ−Ａ断面に相当する。
【００３８】
振動発電器１００は、第１の基板１０２と第２の基板１０３とにより構成される。第１の基板１０２上（図１では、下面）に第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが形成されている。また、第２の基板１０３上（図１では、上面）には第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃのそれぞれに対向する位置に形成されている。
【００３９】
第１の基板１０２上には更に第３の電極１０５ａ、１０５ｂが、第２の基板１０３上には更に第４の電極１０４ａ、１０４ｂが形成される。
第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとは、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極である。そして、第３の電極と第４の電極との間に反発する静電力（反発力）が作用するように、第３の電極１０５ａ、１０５ｂの前記膜が保持する電荷の極性と第４の電極１０４ａ、１０４ｂの前記膜が保持する電荷の極性とは、同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方負であれば他方も負）であることが好ましい。
また、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの前記膜が保持する極性についても第３の電極１０５ａ、１０５ｂの前記膜が保持する電荷の極性と第４の電極１０４ａ、１０４ｂの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【００４０】
図１には図示していないが、第２の基板１０３は固定されており、一方、第１の基板１０２は固定されていない。このため、第１の基板１０２は、ｚ軸方向と、ｘ軸方向およびｙ軸方向の少なくともいずれか一方の方向に移動可能である。
【００４１】
第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとは、同じ極性の電荷を保持しているため、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとの間には静電反発力が作用する。このとき、静電反発力は、第１の基板１０２と、第２の基板１０３の相対位置によりその大きさが変化するが、第２の基板１０３の主面に平行な方向のうち図１の左右方向（図１中のｘ方向）、第２の基板１０３の主面に垂直な方向（図１中のｚ方向）、及び２の基板１０３の主面に平行な方向のうち図１の紙面に垂直な方向（図１中のｙ方向）に分解することができる。このとき実施の形態１では、静電反発力のｚ方向成分により第１の基板１０２は空間を介して保持される（空中に浮遊した状態に保持される）。
また、ｘ軸方向またはｙ軸方向（すなわち、第１の基板１０２の主面に平行な方向）の少なくとも一方において、（例えば外力が作用して）第１の基板１０２が第２の基板１０３に対して移動すると元の位置（所定の位置）に戻ろうとする力（復元力）が、静電力（静電反発力）のｘ方向成分またはｚ方向成分の少なくとも一方により生ずるように、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとが配置されることが、本実施形態の特徴である。
すなわち、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとの間に作用する静電力により、第１の基板はｚ軸方向の所定の位置に保持されるとともに、外力が作用しない時は、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向（第１の基板１０２の主面に平行な方向）についても所定の位置に保持される。
【００４２】
このように第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとを配置することで、機械的なバネを用いることなく、第１の基板１はｘ軸方向および／またはｙ軸方向に振動可能となり、この結果、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃとの重なり面積が変化することで振動発電器１００が発電を行う。
【００４３】
次に電極配置について説明を行う。
図２に示す電極配置の例では、第１の電極１０７は（図１の１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）、長手方向がｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極は互いに電気的に接続して構成されている。同様に、第２の電極１０６（図１の１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ）もｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極も互いに電気的に接続して構成されている。図２は、簡単のため配線構造については図示していない。第３の電極１０５（図１の１０５ａ、１０５ｂ）と第４の電極１０４（図１の１０４ａ、１０４ｂ）は、それぞれ第１の基板１０２、第２の基板１０３の周辺部（端部）全周に沿って（外周に沿って）配置されている。第１の基板１０２と第３の基板１０３とを対向させた時に第４の電極１０４の方が第３の電極１０５よりも外側になるように配置されている。しかし、この配置に限定されるものではなく、第３の電極１０５の方が第４の電極１０４よりも外側になるように配置しても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
図１に示した第３の電極１０５ａ、１０５ｂは図２から判かるように、第１の電極１０７を取り囲んで配置されている第３電極１０５の一部（ｙ軸方向に平行な部分）であり、第３の電極１０５ａ、１０５ｂは互いに電気的に接続して構成され、接地されている。同様に、第４の電極１０４ａ、１０４ｂも、第２の電極１０６を取り囲んで配置されている第４電極１０４の一部（ｙ軸方向に平行な部分）であり、第４の電極１０４ａ、１０４ｂは、互いに電気的に接続して構成され、接地されている。
【００４５】
振動発電器１００の動作について説明を行う。
上述のように第３の電極１０５と第４の電極１０４とは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力（静電反発力）が作用している。このため第１の基板１０２に外力が作用しなければ第１の基板１０２は所定の位置に保持されている。すなわち、ｚ軸方向については、この反発力と第１の基板１０２に作用する重力とがバランスする位置で基板１０２は浮遊し留まる。ｘ軸方向については第３の電極１０５ａと第４の電極１０４ａとの間に作用する反発力（図１の右方向に作用する力）と、第３の電極１０５ｂと第４の電極１０４ｂとの間に作用する反発力（図１の左方向に作用する力）とがバランスする位置で第１の基板１０２は留まる。ｙ軸方向についても同様に反発力がバランスする位置で第１の基板１０２は留まる。
【００４６】
そして、外部から振動（外力）が加わると、第１の基板１０２は第２の基板１０３に対して相対的に変位する（移動する）。例えばｘ軸方向の振動が付与された場合について説明する。振動により、上述の反発力がバランスする位置より右側に第１の基板１０２が変位した場合、第３の電極１０５ａと第４の電極１０４ａとの間に作用する反発力よりも第３の電極１０５ｂと第４の電極１０４ｂとの間に作用する反発力の方が大きくなり、第１の基板１０２に左方向に戻る力が作用する。一方、反発力がバランスする位置より左側に第１の基板１０２が変位した場合は、第１の基板１０２に右方向に戻る力が作用する。このように第１の基板１０２には、変位した方向と逆方向に押し戻そうとする力（復元力）が発生し、第１の基板１０２を元の位置に戻すことができる。この復元力を利用して第１の基板１０２を第２の基板１０３に対して相対的に変位させることで、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃとの重なり面積が増減する。この重なり面積の増減により、第２の電極１０６（１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ）に誘起される電荷量が増減する。この電荷を電気エネルギーとして取り出すことで発電を行う。第１の基板１０２が外部からの振動を受けて相対的な変位を行い、静電力によって元の位置に戻るという振動を続ける限り、この重なり面積の増減は続く。
【００４７】
第１の基板１０２にｙ軸方向の振動が付与された場合も同様に第３の電極１０５と第４の電極１０４との間の静電力による復元力が働くことで振動発電器１００は発電を行うことが可能である。
【００４８】
但し、図２に示すように第１の電極１０７および第２の電極１０６はその長手方向がｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなることから、第１の基板１０２の変位量が同じであっても第１の電極１０７と第２の電極１０６の重なりの増減はｘ軸方向に振動した場合の方が多くなる。
【００４９】
なお、図１に示すように第１の電極１０７（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）は、接地されていることが好ましい。接地により、基準電位をＧＮＤとして、着電量に応じた電位が第１の電極１０７（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）の表面に表れることとなり、振動による発電電圧の安定化が図れるからである。
【００５０】
本実施の形態にかかる振動発電器１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)低周波数の振動に対しても発電が可能
(2)機械的な信頼性の向上
【００５１】
(1)について詳細な説明を行う。第１の基板１０２と第２の基板１０３は、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有しておらず、静電力によるバネ力を利用しており、弾性構造体のサイズ、材料定数等から決まる共振周波数に律則されず、低周波数領域の振動に対しても発電が可能となる。
【００５２】
簡単のため、第１の基板１０２の質量をｍとすると、外部振動の加速度ａによって、Ｆ＝ｍａの力が加わると仮定すると、第１の基板１０２はＦの力により変位を行う。また、変位した量により静電力の左右のアンバランスが発生し、それにより元の位置に戻すよう力が加わることとなる。このように、本実施の形態に示す振動発電器１００の第１の基板１０２の変位量は加速度に依存し、低周波数の振動に対しても発電が可能となる。
【００５３】
(2)について詳細な説明を行う。
本実施の形態に示す振動発電器１００では、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有していない。そのため、構造での弾性構造体の弾性歪みによる信頼性を確保するために、十分に余裕をもった設計を行うことによる小型化困難などの問題に対して、弾性的な疲労が発生する箇所が無い。その結果、バネ部での機械的な信頼性の確保、小型化及び大振幅での動作を行った場合の信頼性の確保が容易である。また、シリコンおよびガラス等から成る基板と樹脂バネのような、全く異なる材料からなる部材を形成する必要がないことから構造およびプロセスが複雑でないという利点を有する。
【００５４】
図３は、本実施形態の変形例に係る第１の基板１０２Ｍ（図３（ａ））および第２の基板１０３Ｍ（図３（ｂ））を示す上面図である。
上述の第１の基板１０２では基板の周辺部に沿って全周に亘り第３の電極１０５が配置されているのに対して、変形例である第１の基板１０２Ｍでは、ｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿ってのみ第３の電極（エレクトレット電極）１０５Ｍが配置されている点が異なる。
同様に第２の基板１０３Ｍもｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿ってのみ第４の電極（エレクトレット電極）１０４Ｍが配置されている点が上述の第２の基板１０３と異なる。
そして、ｘ軸方向において、第４の電極１０４Ｍが第３の電極１０５Ｍより外側になるよう配置されている。
【００５５】
第１の基板１０２Ｍの第３の電極１０５Ｍ以外の部分は、第１の基板１０２と同じでよく、例えば第１の電極１０７Ｍは上述の第１の電極１０７と同じでよい。同様に第２の基板１０３Ｍの第４の電極１０４Ｍ以外の部分は、第２の基板１０３と同じでよく、例えば第２の電極１０６Ｍは上述の第２の電極１０６と同じでよい。
なお、図３（ａ）に示す２つの第３の電極１０５Ｍは互いに電気的に接続されて接地されており、また図３（ｂ）に示す２つの第４の電極１０６Ｍも互いに電気的に接続されて接地されている。
【００５６】
そして、第３の電極１０５Ｍと第４の電極１０４Ｍのそれぞれの膜が保持する電荷の極性を同じにすることにより、第３の電極１０５Ｍと第４の電極１０４Ｍと間に静電力（反発力）が作用する。このため、第１の基板１０２Ｍはｚ軸方向に浮遊するとともに、ｘ軸方向に外力（振動）が加えられると元の位置に戻ろうとする復元力が働き、ｘ軸方向に振動可能となる。そして、第１の基板１０２Ｍと第２の基板１０３Ｍとを含む振動発電器での発電が可能となる。
換言すると、第３の電極１０５Ｍと第４の電極１０４Ｍと間に静電力により、第１の基板１０２Ｍは、ｚ軸方向に所定の位置に保持され、外力が作用していない時はｘ軸方向についても所定の位置に保持される。
【００５７】
なお、第１の基板１０２Ｍと第２の基板１０３Ｍとを含む振動発電器では上述の振動発電器１００と異なり、ｙ方向の振動（外力）が加わっても復元力が生じないため、第１の基板１０２のｙ方向への変位を所定の範囲内に制限するために突起等による拘束手段を設けるのが好ましい。
【００５８】
第１の基板１０２Ｍは、第３の電極１０５Ｍをその全周でなく周囲の一部に配置するだけでよく、また同様に第２の基板１０３Ｍでも電極１０４Ｍを全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点を有する。
【００５９】
なお、図３に示す実施形態では、ｘ方向において、第４の電極１０４Ｍが第３の電極１０５Ｍより外側になるよう配置されているが、第３の電極１０５Ｍが第４の電極１０４Ｍより外側になるよう配置してもよい。
また、図３に示す実施形態では、第３の電極１０５Ｍおよび第４の電極１０４Ｍはそれぞれが配置された基板のｙ軸方向に延在する周辺部（端部）の全長に亘り配置されているが、例えば基板のコーナー部（四隅）のみに配置する、あるいはコーナー部から離れた部分に配置する等一部分にのみ配置してもよい。
【００６０】
（エレクトレット電極）
以下に、第１の実施形態に用いる電荷を保持した膜を含む電極（エレクトレット電極）の詳細を説明する。
図４は、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、第３の電極１０５ａ、１０５ｂのいずれか１つを示す断面図である。
第１の基板１０２上に導電体１１７ａが形成される。導電体１１７ａの上部には第１の絶縁体１１７ｂ、電荷を保持した膜であるエレクトレット１１７ｃと第２の絶縁体１１７ｄが形成される。
【００６１】
第１の電極１０７（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）を例に挙げると、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの導電体１１７ａは、電気的に接続されている。
また、エレクトレットは導電体１１７ａ全体に形成されてもよく、また短冊状の導電体１１７ａ上の一部にのみに配置されてもよいが、短冊状の導電体１１７ａの一部に形成される方がプロセス、デバイス特性の安定性から好ましい。
【００６２】
特に、第１の基板１０２として高抵抗の基板を用いることが好ましく、この場合エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａの上にのみ形成することが望ましい。このように形成することで、電荷を注入する際、電荷をエレクトレット１１７ｃに強制的に注入可能となり、より電荷の安定したエレクトレットが作成可能となる。
なお、ここでいう高抵抗の基板とは、基板全体が抵抗率の高い基板だけでなく、低抵抗基板（例えば、低抵抗シリコン基板）の表面に酸化膜等の絶縁膜を形成したものも含み、後者を用いても前者と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６３】
次にエレクトレット１１７ｃに用いるエレクトレット材料について説明を行う。
上述のように第１の電極１０７、第３の電極１０５と第４の電極１０４は電荷を保持したエレクトレット膜を有して構成される。エレクトレット膜１１７ｃを構成するエレクトレット材料としては、ポリプロピレン、ポリエステルテレフタレート、ポリビニルクロライドなどの高分子材料、或いは酸化シリコンなどの無機材料を利用することができる。これらの中でも絶縁耐圧、耐熱性に優れた酸化シリコンを用いることが好ましい。
【００６４】
また、耐湿性を向上のため、酸化シリコンの周囲はシリコン窒化膜等の絶縁膜で完全に覆う構造とする方が好ましい。例えば酸化シリコンを用いる場合は、シリコン窒化膜等の絶縁膜で酸化シリコンの周囲を完全に覆う構造とすることで、絶縁耐圧、耐熱性、さらには耐湿性に優れたエレクトレット１１７ｃを得ることが可能となる。
【００６５】
なお、図４では、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、第３の電極１０５ａ、１０５ｂについての例を示したが、第４の電極１０４ａ、１０４ｂならびに変形例にかかる第１の電極１０７Ｍ、第３の電極１０５Ｍおよび第４の電極１０４Ｍも同様の構造であってよいことは言うまでもない。
【００６６】
本実施の形態では第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが電荷を保持したエレクトレット電極であり、第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが通常の電極である例を示した。しかし、電荷を保持したエレクトレット電極が、第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃであり、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが通常の電極であってもよく、この場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６７】
さらに、本実施形態では、第２の基板１０３は固定されており振動しない構成となっているが、第２の基板１０３についても第１の基板１０２と同様に固定せずに振動（移動）可能な構造としてもよい。
【００６８】
また、図１、図２、図４には示していないが、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは、導電体１１７ａが外部端子と電気的接続が可能なように形成される。第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは少なくともエレクトレット１１７ｃを覆うように形成されていればよく、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄを基板全面に成膜する必要はない。
【００６９】
なお、本実施の形態では、第２の電極１０６は第１の電極１０７と同じ形態で形成したが、第１の電極１０７を超えた領域に（第１の電極１０７よりも外側にまで）第２の電極１０６を形成することが好ましい。より好ましくは、第１の電極１０７の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極領域を形成する。
【００７０】
このように第２の電極１０６を構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(3)重なり面積を一定にすることが可能
第２の電極１０６を静止した状態の第１の電極１０７と概ね対向する位置に形成すると、基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合、第１の電極１０７（とりわけ端に位置する第１の電極１０７ａ、１０７ｃ）と第２の電極１０６とが重ならない時間が増加し、重なり面積の増減量が低下するといった問題が発生する。
しかしながら、第２の電極１０６を第１の電極１０７の領域に対して大きく形成する（第１の電極の外側にまで形成する）ことで、重なり面積の増減の低下を防止でき、重なり面積の増減を常に一定に維持することができる。すなわち振動発電器１００の発電量を安定化することができる。
【００７１】
このような第２の電極１０６の構成は、特に、本実施の形態に示す静電力を用いた構造のように、第１の基板１０７の振幅を大きくでき、第１または第２の電極の幅を超えて振動するような振動発電器において効果は高い。
【００７２】
さらに、第１の基板１０２の表面（主面）の形状は、図２に示す正方形以外に矩形であっても、或いは他の形状であっても本実施の形態で示す発電用電極（第１の電極および第２）および静電力発生用電極（第３の電極１０５、第４の電極１０４）の配置とすることで同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７３】
２．実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係る振動発電器２００の断面図である。実施の形態１と異なる点は、第１の基板２０２と第２の基板２０３との間に第１の突起体２０９ａ、２０９ｂが形成されている点である。
【００７４】
なお、図５に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、２００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１の対応する要素と同一であってよい。
【００７５】
突起体２０９ａ、２０９ｂは一端が第１の基板２０２および第２の基板２０３の一方に固定され、他端が第１の基板２０２および第２の基板２０３の他方と固定されることなく接触している。
図５に示す実施形態では、突起体２０９ａ、２００９ｂは一端（下方端部）が第２の基板２０３に固定され、他端（上方端部）が第１の基板２０２と固定されずに接触している。
以下、この図５の実施形態に基づいて説明する。
【００７６】
突起体２０９ａ、２０９ｂは導電体を含んで形成され、電極取り出しに用いられる。
振動発電器２００は、外部からの振動により第１の基板２０２が第２の基板２０３に対して変位することで発電を行う。その際、第１の基板２０２は外部からの振動により変位し、静電力により所定の位置に戻される。実施の形態１と同様に第１の電極２０７（２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ）、第３の電極２０５（２０５ａ、２０５ｂ）、第４の電極２０４（２０４ａ、２０４ｂ）は電荷を保持するエレクトレット電極である。第２の基板２０３上の第４の電極２０４と異なり、第１の基板上の第１の電極２０７と第３の電極２０５とが接地されていない場合、発電される電力の電位が不安定となり得る。
【００７７】
このため、突起体２０９ａ、２０９ｂの下方端は電気的に接地され、上方端は第１の電極２０７および第３の電極２０５と電気的に接続されている。
【００７８】
第１の基板２０２が振動により変位しても、突起体２０９ａ。２０９ｂの上方端と第１の電極２０７および第３の電極２０５との電気的接続が確保できるように、例えば第１の基板２０２の表面に導電体膜を形成（例えば、図４の導電体１１７ａに相当する第１の電極２０７の導電体を露出させて形成）し、この導電体膜上を突起体２０９ａ、２０９ｂの上端部が接触し摺動してもよい。
【００７９】
振動発電器２００の第２の基板２０３上に突起体２０９ａ、２０９ｂを形成し、この突起を電気的な配線として利用し、第１の基板２０２と接触した状態で変位を行うことで、第１の基板からの電気的な配線による不要な応力を排除することが可能となる。
【００８０】
このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(4)第１の基板２０２からの電気取り出しを容易にできる。
(4)について説明を行う。突起体を設け、突起体を介して電気的な取り出しを行うことで、第１の基板２０２からの電気的な配線（リード線、或いはワイヤ）による不要な応力を排除することが可能となる。
特に、大振幅で動作可能な本実施の形態の振動発電器２００では、第１の基板２０２の変位量に合わせて配線長を確保する必要がある。
例えば、リード線で取り出しを行った場合、リード線が短いと、大振幅時にはリード線と第１の基板との接点に応力がかかるため、リード線を十分に長く設定する必要がある。一方、十分に長くすると配線が絡まる場合がある。しかし、本実施形態ではこのような問題を生ずることがない。
【００８１】
また、突起体２０９ａ、２０９ｂにより第１の基板２０２を支持することが可能である。
第１の実施形態では第３の電極１０５と第４の電極１０４との間の静電力（反発力）は、第１の基板１０２をｚ軸方向に浮遊させる機能と第１の基板１０２ｘ軸方向の元の位置に戻す機能の２つを同時に果たす必要がある。
しかし、本実施形態では、突起体２０９ａ、２０９ｂが第１の基板２０２を支持可能なため、第３の電極２０５と第４の電極２０４との間の静電力により第１の基板１０２を浮遊させる必要がない。
すなわち、第３の電極２０５と第４の電極２０４との間の静電力は、第１の基板２０２をｘ軸方向の元の位置に戻す機能（復元力、および外力がない場合に所定の位置に保持する機能）のみを有すればよい。
このことは、第３の電極２０５と第４の電極２０４の大きさ、配置等の設計の自由度が増加するという効果をもたらす。
【００８２】
図５に示す実施形態では複数の突起体２０９ａ、２０９ｂが配置されているが、突起体は１つでもよい。しかし、好ましくは複数の突起体が配置され、より好ましくは３個以上の突起体が配置される。第１の基板２０２と３点で接触することで第１の基板２０２を安定して保持できるからである。
複数の突起体２０９ａ、２０９ｂを有することで、第１の電極２０７および第３の電極２０５をより安定して電気的に接続できるからである。
また、３個以上の突起体２０９ａ、２０９ｂが配置されることで、安定して第１の基板２０２を支持できるからである。
【００８３】
上述のように突起体２０９ａ、２０９ｂは導電体で形成される。図５に示すように突起体２０９ａ、２０９ｂは、上に凸の構造（例えば、下方から上方に向けて断面積（第１の基板２０２の主面に平行な面の断面積）が減少していく形状）を有してもよく、また全体が導体であってもよい。或いは突起体２０９ａ、２０９ｂは表面にのみ導電膜が成膜されていてもよく、この場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
さらに、突起体２０９ａ、２０９ｂの構造は、電気的な取り出しが可能であれば、例えば三角錐、三角柱、円柱のような、他の構造であってもよい。
【００８４】
なお、本実施の形態においても第２の電極２０６の領域は第１の電極２０７の領域を超え（第１の電極２０７より外側の）、振動限界（振動により変位可能な範囲）まで構成するのが好ましい。このように構成することにより、大振幅動作においても発電量を低下することなく動作可能であることは実施の形態１と同様である。
【００８５】
３．実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３における振動発電器３００の断面図（図６（ａ））と、第１の基板３０２の断面図（図６（ｂ））である。
実施の形態２と異なる点は、振動発電器３００は第１の基板の上方に配置された第３の基板３１０と、第３の基板３１０と第１の基板３０２との間に配置された第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄとを有する点である。
【００８６】
なお、図６に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、３００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１および２の対応する要素と同一であってよい。
【００８７】
本実施の形態では、第２の実施形態と同様に一方の端部が第２の基板３０３に固定され他方の端部が第１の基板３０２の下面と接触する第１の突起体３０９ａ、３０９ｂに加えて、一方の端部が第３の基板３１０に固定され他方の端部が第１の基板３０２の上面と接触する第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄを備える。
そして、第１の突起体３０９ａ、３０９ｂと第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄとにより電極取り出し（第１の電極３０７（３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ）および第３の電極３０５（３０５ａ、３０５ｂ）の接地）を行う。
【００８８】
図６（ｂ）に示すように第１の基板３０２は、電気取り出しのため、例えば０．０１Ωｃｍ以下のような低抵抗のシリコン基板で構成される。
第１の基板３０２の下面（図６（ｂ）では上面）上に、第３の電極３０５のエレクトレット３１５ａ、３１５ｂが第１の基板３０２の外周に沿って形成され、第１の電極３０７のエレクトレット３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃが短冊状に形成される。さらにエレクトレット３１５ａ、３１５ｂ、３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃを覆うように絶縁体３１２が形成される。
【００８９】
なお、図６（ｂ）では、絶縁体３１２で第１の基板３０２の下面（図６（ｂ）では上面）全面を覆うように示されているが、実際には第１の突起体３０９ａ、３０９ｂと接する領域の絶縁体３１２を除去して形成され、これにより第１の基板３０２を構成する低抵抗基板と第１の突起体３０９ａ、３０９ｂとが電気的に接続されている。
【００９０】
このように形成した振動発電器３００の動作について説明を行う。
振動発電器３００は、外部からの振動により第１の基板３０２が第２の基板３０３および第３の基板３１０に対して変位することで発電を行う。
その際、第１の基板３０２は外部からの振動により変位し、第３の電極３０５（３０５ａ、３０５ｂ）と第４の電極３０４（３０４ａ、３０４ｂ）との間の静電力により所定の位置に戻される。
【００９１】
実施の形態１と同様に第１の電極３０７、第３の電極３０５、第４の電極３０４はエレクトレットを含んでおり、第１の基板３０２上の第１の電極３０７および第３の電極３０５が電気的に接地される。接地されていない場合、発電により得られる電力の電位が不案定になりうるからである。
第２の基板３０３上に配置した第１の突起体３０９ａ、３０９ｂと、第３の基板３１０上に配置した第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄとを電気的な配線として利用する。第１の突起体３０９ａ、３０９ｂおよび第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄが基板３０２と接触した状態で第１の基板３０２を変位させることで、実施の形態２と比較し、より一層の電気的接続の信頼性向上が可能となる。
【００９２】
このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(5)安定した電気取り出し
(5)について説明を行う。実施の形態２と比較して、第３の基板３１０に第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄを配置し、第１の基板３０２の下方向からだけでなく、上方向からの電気取り出し（電気的接続）を可能にしている。これにより、第１の基板３０２が変位する際に横方向（図６（ａ）のｘ軸方向）に安定して変位することが可能となる。
また、厚さ方向（図６（ａ）のｚ軸方向）の振動などにより第１の基板３０２が浮き上がり突起体３０９ａ、３０９ｂと接触しなくなっても、上部にある第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄから電気取り出しが可能となる。
【００９３】
特に、第１の基板３０２が変位した際に、第３の電極３０５ａ、３０５ｂと第４の電極３０４ａ、３０４ｂとの間の斜め方向の静電力により第１の基板３０２が上方（ｚ軸方向）へ押された場合においても、第１の基板３０２の上部に配置された第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄにより第１の基板３０２を支持するとともに、電気的取出しが可能となる。
【００９４】
なお、突起体３０９ａ、３０９ｂ、３０９ｃ、３０９ｄは導電体で形成される。このとき、図６に示すような上に凸の構造（例えば、突起体が固定されている第２の基板３０３または第３の基板３１０から第１の基板３０２に向けて断面積（第１の基板３０２の主面に平行な面の断面積）が減少していく形状）で、全体が導体であってもよく、また表面にのみ導電性膜が成膜されていても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、突起体３０９ａ、３０９ｂ、３０９ｃ、３０９ｄの構造は、電気的な取り出しが可能であれば、他の任意の構造であってもよい。
【００９５】
なお、本実施の形態においても第２の電極３０６の領域は第１の電極３０７の領域を超え（第１の電極３０７より外側の）、振動限界（振動により変位可能な範囲）まで構成している。このように構成することにより、大振幅動作においても発電量を低下することなく動作可能であることは実施の形態１と同様である。
【００９６】
４．実施の形態４
図７は、本発明の実施の形態４に係る第２の基板４０３の上面図（図７（ａ））と、第２の基板４０３のＢ−Ｂにおける断面図（図７（ｂ））である。
図７において、第２の基板４０３は、周辺部に第４の電極４０４が形成されている。第２の基板４０３上には、第２の電極４０６が形成される。より詳細には、図示していないが第１の電極と対向する位置に第２の電極４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃが形成され、配線電極４０６ｄにより電気的に接続される。このとき、外部との取り出しが第２の基板４０３の４つの角部のうち少なくとも１つにおいて行われるよう、第４の電極４０４の一部に切り欠きが設けられている。
【００９７】
また、第４の電極４０４の電気的接続は、電極４１４（４０４ａ）を介して、接地される。
ここで、第４の電極４０４は、図３と同様に導電体４０４ａと、第１の絶縁体４０４ｂ、電荷を保持したエレクトレット４０４ｃ、第２の絶縁体４０４ｄにより構成される。
第２の基板４０３を含む振動発電器の動作については他の実施の形態と同様である。
【００９８】
第２の基板４０３をこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(6)静電力によるバネ力への影響を小さくすることができる。
(6)について説明を行う。本実施の形態では、第２の電極４０６の取り出しを第２の基板４０３の端部より行う。
これにより、ｘ軸方向、或いはｙ軸方向に第１の基板４０２が変位しても第２の基板４０３の周辺部に沿って配置された第４の電極４０４による静電力を損なうことなく元の位置に第１の基板を戻すことが可能となる。
また、斜め方向（例えばｘ軸とｙ軸から４５°の方向）に第１の基板４０２が変位した場合においても、第２の基板４０３の４辺に配置されている第４の電極４０４により所望の場所に第１の基板を戻すことが可能となる。このように静電力の効果が一番小さい領域で電極取出しを行うことで、バネ力（復元力）を減少させることなく電極取り出しが可能となる。
【００９９】
なお、本実施の形態に係る図７でも、第２の電極４０６（及び第１の電極）として、３つの電極（４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ）を記載しているが、第２の電極４０６（及び第１の電極）をさらに多くの短冊状の電極で構成しても同様の効果を得られる。さらに、複数のより多くの第１の電極および／または第２の電極で構成することで、第１の基板の変位に対してより多くの電力を出力できるなどの効果を得られる。
【０１００】
５．実施の形態５
図８は、本発明の実施の形態５に係る振動発電器５００の断面図（図８（ａ））と、第１の基板５０２が変位した状態の振動発電器５００の断面図（図８（ｂ））である。
【０１０１】
なお、図８に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、５００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１〜４の対応する要素と同一であってよい。
【０１０２】
図８（ａ）において、第３の基板５１０は、支持体５１１により第２の基板５０３の上部に固定して配置される。第１の基板５０２は、第２の基板５０３と第３の基板５１０との間でかつ２つの支持体５１１の間に、その上部および下部に空間を有して配置される。すなわち、第１の基板５０２は、第２の基板５０３と第３の基板５１０との間に浮遊するように（第２の基板５０３および第３の基板５１０から離間して）配置される。
【０１０３】
第１の基板５０２上に形成された第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第２の基板上に形成された第４の電極５０４ａ、５０４ｂとによる静電力で第１の基板５０２は保持される。
また、第１の基体５０２は図６に示す実施形態と同様に第１の突起体および／または第２の突起体を用いて保持してよい。
ここでは、簡単のため配線、及び突起体についての記載は省略している。
【０１０４】
第１の基板５０２はｘ軸方向に変位することが可能であるが、その変位（振動）可能な範囲は、２つの支持体５１１により制御される。すなわち、第１の基板５０２の一方の端部が支持体５１１に接触する位置まで第１の基板５０２は変位できる。
【０１０５】
第４の電極５０４ａ、５０４ｂは、支持体５１１の近傍（かつ第２の基板５０３の端面の近傍）に形成される。また、第３の電極５０５ａ、５０５ｂは、第１の基板５０２の端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２が振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第３の電極５０５ａ、５０５ｂは第４の電極５０４ａ、５０４ｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第３の電極５０５ａ、５０５ｂが第４の電極５０４ａ、５０４ｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０３の端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第４の電極５０４ａ、５０４ｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０１０６】
このように形成した振動発電器５００の動作について説明を行う。
振動発電器５００は、外部からの振動により第１の基板５０２が第２の基板５０３に対して変位することで発電を行う。その際、第１の基板５０２は外部からの振動により変位するが、２つの支持体５１１の間で最大限に変位した場合でも、電荷を保持する膜を含む第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第４の電極５０４ａ、５０４ｂとの重なりが発生しないため、静電力により第１の基板５０２は変位とは逆方向の力を受ける。
【０１０７】
なお、ここでいう第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第４の電極５０４ａ、５０４ｂとの重なりが発生しないとは、第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第４の電極５０４ａ、５０４ｂとが完全に重なることないことがないことを意味する。
すなわち、図８（ｂ）に示すように第１の基板５０２の変位が最大になった場合でも第３の電極の端部と第４の電極の端部（図８（ｂ）では第３の電極５０５ａの端部と第４の電極５０４ａの端）のｘ方向の距離ΔｄがΔｄ＞０である。
【０１０８】
振動発電器５００は、このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(7)低周波数領域における大振幅動作が可能
(7)について説明を行う。
第３の電極５０５ａ、５０５ｂは第１の基板５０２の端面から一定の領域を介して形成されており、実施の形態１から実施の形態４とは電極配置が異なる。前述の実施の形態では、静電力を確保するために、バネ力（静電力）は大きめに設定することで、第１の基板が空間の端面まで変位することを防ぐ必要があり、その結果、バネ力をある程度強くする必要がある。
【０１０９】
一方、本実施の形態のように構成することで、静電力を小さくして第１の基板５０２が大振幅動作を行った場合においても、第３の電極５０５と第４の電極５０４の重なりが発生しないため、変位とは逆の方向に静電力が発生する（正確には、第３の基板方向（ｘ軸方向）とそれに垂直な方向（ｚ軸方向）のベクトル和の方向）。そのため、バネ力（静電力）を小さくすることで、より低周波数領域において、大振幅動作を可能にし、発電が可能となる。
【０１１０】
図９は、本発明の実施の形態５に係る別の振動発電器５５０の断面図（図９（ａ））と、第１の基板５０２Ａが変位した状態の振動発電器５５０の断面図（図９（ｂ））である。
なお、図８に示す実施の形態では、第１の基板５０２の周辺部に静電力を発生する領域を設けたが、図９に示すように、第３の電極５５５と第４の電極５５４ａ、５５４ｂをそれぞれ第１の基板５０２Ａと第２の基板５０３Ａの中央部（ｘ軸方向の中央部）に設けた実施形態も本実施の形態に含まれる。
【０１１１】
この場合においても、第１の基板５０２Ａが２つの支持体５１１の間で最大の変位を行った場合においても、第３の電極５５５と第４の電極５５４ａ、５５４ｂとの重なりが発生しないように設計を行うことで同様の効果を得ることができる。
さらに図９の実施形態では第３の電極５５５の個数を１個にすることが可能であるという利点を有する。
図８および図９に示した実施形態では、第１の基板５０２のｚ軸方向上方への変位を制限することを１つの目的として第３の基板５１０を配置してあるが、第３の基板５１０を有しない実施の形態５に含まれる。
【０１１２】
６．実施の形態６
図１０は、本発明の実施の形態６に係る振動発電器１００Ａの断面図であり、図１１は図１０の振動発電器１００Ａの第１の基板１０２Ａ（図１１（ａ））、及び第２の基板１０３Ｌ（図１１（ｂ））の上面図である。図１０が示す断面は、図１１のＡ−Ａ断面に相当する。
【０１１３】
実施の形態６に係る振動発電器では、第１の基板の両面（２つの主面のいずれにも）に発電用の電極と、対向する基板との間に静電力を形成するための電極とを有する点が実施形態１〜５に記載の振動発電器と異なる。また、このように第１の基板の両面に電極を配置したことに伴い、第１の基板の一方の面と対向して配置されている第２の基板に加えて、第１の基板の他方の面と対向している第３の基板を用いること、およびこの第３の基板上にも発電用の電極と、第１の基板との間に静電力を形成するための電極とを配置してあることも実施形態１〜５に記載の振動発電器と異なる。
以下に振動発電器１００Ａの詳細を説明する。
【０１１４】
振動発電器１００Ａは、第１の基板１０２Ａと、第１の基板１０２Ａの一方の面（図１０では第１の基板１０２Ａの下面）に対向する第２の基板１０３Ｌと、第１の基板１０２Ａの他方の面（図１０では第１の基板１０２Ａの上面）に対向する第３の基板１０３Ｕと、により構成される。
第１の基板１０２Ａの一方の面（図１０では下面）には第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃが形成され、他方の面（図１０では上面）には第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが形成されている。
【０１１５】
また、第１の基板１０２Ａの一方の面に対向する第２の基板１０３Ｌの主面（図１０では上面）上には、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃが、それぞれ第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃに対向する位置に形成されている。
そして、第１の基板１０２Ａの他方の面に対向する第３の基板１０３Ｕの主面（図１０では下面）上には第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃが、それぞれ第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃに対向する位置に形成されている。
【０１１６】
第１の基板１０２Ａの一方の面には第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂが形成され、第１の基板１０２の他方の面には第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂが形成される。
また、第１の基板１０２Ａの一方の面に対向する第２の基板１０３Ｌの主面上には第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂがそれぞれ形成され、第１の基板１０２Ａの他方の面に対向する第３の基板１０３Ｕの主面上には第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂが形成される。
【０１１７】
第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ、第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂと、第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃと、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと、第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとは、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極である。
【０１１８】
第３の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と、第４の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）との間に静電反発力（反発力）が作用するように、第３の電極１０５Ｌの前記膜が保持する電荷の極性（すなわち、エレクトレット電極１０５Ｌが保持する電荷の極性）と第４の電極１０４Ｌの前記膜が保持する電荷の極性とは同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方が負であれば他方も負）であることが好ましい。
また、第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）の前記膜が保持する電荷の極性についても第３の電極１０５Ｌの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０５Ｌとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【０１１９】
同様に、第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と、第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）との間に静電反発力（反発力）が作用するように、第７の電極１０５Ｕの前記膜が保持する電荷の極性と第８の電極１０４Ｕの前記膜が保持する電荷の極性とは、同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方が負であれば他方も負）であることが好ましい。
さらに同様に、第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）の前記膜が保持する電荷の極性についても第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第５の電極１０７Ｕと第７の電極１０５Ｕと第８の電極１０４Ｕとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【０１２０】
一方、第１の電極１０７Ｌと第５の電極１０７Ｕの前記膜の極性（エレクトレット電極の保持する電荷の極性）は、異なっていることが好ましい。これは、第１の基板１０２の上下面に正の電荷、及び負の電荷で帯電した電極を形成することで、第１の基板１０２が実質的に擬似ＧＮＤとして扱うことができるためである。
【０１２１】
従って好ましくは、第５の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕに保持されている電荷の極性と、第１の電極１０７Ｌ、第３の電極１０５Ｌおよび第４の電極１０４Ｌに保持されている電荷の極性とは異なるように構成される。
【０１２２】
図１０には図示していないが、第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕは固定されており、一方第１の基板１０２は固定されていない。このため、第１の基板１０２は、ｚ軸方向と、ｘ軸方向およびｙ軸方向の少なくともいずれか一方の方向に移動可能である。
【０１２３】
第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとは同じ極性の電荷を保持しているため、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間に静電反発力が作用する。この静電反発力は、第１の基板１０２と、第２の基板１０３Ｌの相対位置によりその大きさが変化する。そして、この静電反発力は、第２の基板１０３Ｌの主面に平行な方向のうち図１０の左右方向（図１０中のｘ方向）の成分、第２の基板１０３Ｌの主面に垂直な方向（図１０中のｚ方向）の成分、及び第２の基板１０３Ｌの主面に平行な方向のうち図１０の紙面に垂直な方向（図１０中のｙ方向）の成分に分解することができる。
【０１２４】
同様に、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとは同じ極性の電荷を保持しているため、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間に静電反発力が作用する。この静電反発力は、第１の基板１０２と、第３の基板１０３Ｕの相対位置によりその大きさが変化する。そして、この第３の基板１０３Ｕの主面に平行な方向のうち図１０の左右方向（図１０中のｘ方向）の成分、第３の基板１０３Ｕの主面に垂直な方向（図１０中のｚ方向）の成分、及び第３の基板１０３Ｕの主面に平行な方向のうち図１０の紙面に垂直な方向（図１０中のｙ方向）の成分に分解することができる。
【０１２５】
第１の基板１０２Ａは、上述の第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間の静電反発力のｚ方向成分、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間の静電反発力のｚ方向成分および第１の基板１０２Ａに作用する重力とがバランスする位置で空間を介して保持される（空中に浮遊した状態に保持される）。
【０１２６】
また、第１の基板１０２Ａはｘ軸方向またはｙ軸方向の少なくとも一方（すなわち、第１の基板１０２Ａの主面に平行な方向）において、移動すると元の位置に戻ろうとする力（復元力）が、静電力（静電反発力）のｘ方向成分またはｙ方向成分の少なくとも一方により生ずるように、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂが配置されることが、本実施形態の特徴である。
すなわち、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間に作用する静電力及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間に作用する静電力により、第１の基板１０２はｚ軸方向の所定の位置に保持されるとともに、外力が作用しない時は、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向（第１の基板１０２Ａの主面に平行な方向）についても所定の位置に保持される。
【０１２７】
このように第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂを配置することで、第１の基板１０２は機械的なバネを用いることなく、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向に振動可能となる。
この結果、第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）との重なり面積および第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）と第６の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ）との重なり面積が変化することで振動発電器１００Ａは発電を行う。
【０１２８】
次に電極配置について説明を行う。
図１１（ａ）は第１の基板１０２Ａの下面を示し、図１１（ｂ）は第２の基板１０３Ｌの上面を示す。
図１１（ａ）に示すように第１の電極１０７Ｌ（図１０の１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃに対応）は、長手方向がｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極は互いに電気的に接続して構成されている。図１１（ｂ）に示すように、同様に第２の電極１０６Ｌ（図１０の１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃに対応）もｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極も互いに電気的に接続して構成されている。すなわち、図３と同様の配置を有している。図１１（ａ）、（ｂ）では、簡単のため配線構造を図示していない。
【０１２９】
第１の基板１０２Ａのｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿って、２つの第３の電極１０５L（図１０の１０５Ｌａ、１０５Ｌｂに対応）が配置されている。
同様に第２の基板１０３Ｌのｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿って、２つの第４の電極１０４Ｌ（図１０の１０４Ｌａ、１０４Ｌｂに対応）が配置されている。
そして、ｘ軸方向において、第４の電極１０４Ｌが第３の電極１０５Ｌより外側になるよう配置されている。
【０１３０】
２つの第３の電極１０５Ｌは互いに電気的に接続されている。また２つの第４の電極１０６Ｌは、互いに電気的に接続されて接地されている。
【０１３１】
図１１（ａ）に示す実施形態では、第３の電極１０５Ｌａを第１の基板１０２の全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点がある。図１１（ｂ）に示す実施形態では、同様に第４の電極１０４Ｌを第２の基板１０３Ｌの全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点がある。
【０１３２】
また、図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、第３の電極１０５Ｌおよび第４の電極１０４Ｌはそれぞれが配置された基板のｙ軸方向に延在する周辺部（端部）の全長に亘り配置されているが、例えば基板のコーナー部（四隅）のみに配置する、あるいはコーナー部から離れた部分にのみ配置する等一部分にのみ配置してもよい。
【０１３３】
なお、図１１に示す実施形態では、ｘ方向において、第４の電極１０４Ｌが第３の電極１０５Ｌより外側になるよう配置されているが、第３の電極１０５Ｌが第４の電極１０４Ｌより外側になるよう配置してもよい。
【０１３４】
以上に説明した第１の電極１０７Ｌの配置および第３の電極１０５Ｌの配置を、第１の基板１０２Ａの上面における第５の電極１０７Ｕの配置および第７の電極１０５Ｕの配置にそれぞれ適用してもよい。
同様に、以上に説明した第２の電極１０６Ｌの配置および第４の電極１０４Ｌの配置を、第３の基板１０３Ｕの下面における第６の電極１０６Ｕの配置および第８の電極１０４Ｕの配置にそれぞれ適用してもよい。
【０１３５】
第５の電極１０７Ｕの配置および第７の電極１０５Ｕの配置を、それぞれ第１の電極１０７Ｌの配置および第３の電極１０５Ｌの配置と同じにし、かつ第６の電極１０６Ｕの配置および第８の電極１０４Ｕの配置を、それぞれ第２の電極１０６Ｌの配置および第４の電極１０４Ｌの配置と同じにした場合、第１の基板１０２Ａにはｙ軸方向の復元力が作用しない。
このため、第１の基板１０２Ａのｙ軸方向への変位を所定の範囲内に制限するために例えば第２の基板１０３Ｌのｙ軸方向の端部に突起を設ける等、拘束手段を設けるのが好ましい。
【０１３６】
振動発電器１００の動作について説明を行う。
上述のように第３の電極１０５Ｌと第４の電極１０４Ｌとは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力（静電反発力）が作用している。同様に第７の電極１０５Ｕと第８の電極１０４Ｕとは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力が作用している。
【０１３７】
このため第１の基板１０２に外力が作用しなければ第１の基板１０２は所定の位置に保持されている。すなわち、ｚ軸方向については、これら反発力と第１の基板１０２Ａに作用する重力とがバランスする位置で基板１０２Ａは浮遊し留まる。
ｘ軸方向については第３の電極１０５Ｌａと第４の電極１０４Ｌａとの間および第７の電極１０５Ｕａと第８の電極１０４Ｕａとの間に作用する反発力（第１の基板１０２Ａを図１０の右方向に動かそうとする力）と、第３の電極１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌｂとの間および第７の電極１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕｂとの間に作用する反発力（第１の基板１０２Ａを図１０の左方向に動かそうとする力）とがバランスする位置で第１の基板１０２Ａは留まる。
【０１３８】
そして、外部から振動（外力）が加わると、第１の基板１０２Ａは第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕに対して相対的に変位する（移動する）。ｘ軸方向の振動が付与された場合について説明する。振動により、上述の反発力がバランスする位置より右側に第１の基板１０２Ａが変位した場合、第３の電極１０５Ｌａと第４の電極１０４Ｌａとの間および第７の電極１０５Ｕａと第８の電極１０４Ｕａとの間に作用する反発力よりも第３の電極１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌｂとの間に作用する反発力および第７の電極１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕｂとの間に作用する反発力の方が大きくなり、第１の基板１０２Ａに左方向に戻る力が作用する。
【０１３９】
一方、反発力がバランスする位置より左側に第１の基板１０２Ａが変位した場合は、第１の基板１０２Ａに右方向に戻る力が作用する。このように第１の基板１０２Ａには、変位した方向と逆方向に押し戻そうとする力（復元力）が発生し、第１の基板１０２Ａを元の位置に戻すことができる。
この復元力を利用して第１の基板１０２Ａを第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕに対して相対的に変位させることで、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃとの重なり面積および第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃと第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃとの重なり面積が増減する。
【０１４０】
この重なり面積の増減により、エレクトレットを有しない第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）および第６の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ）に誘起される電荷量が増減する。この電荷を電気エネルギーとして取り出すことで発電を行う。第１の基板１０２Ａが外部からの振動を受けて相対的な変位を行い、静電力によって元の位置に戻るという振動を続ける限り、この重なり面積の増減は続く。
【０１４１】
本発明の実施の形態にかかる振動発電器１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
（８）低周波数の振動に対しても発電が可能
（９）機械的な信頼性の向上、及び機械的な損失が小さい
（１０）出力電力が大きい
【０１４２】
（８）について詳細な説明を行う。第１の基板１０２Ａと第２の基板１０３Ｌと第３の基板１０３Ｕとは、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有しておらず、静電力によるバネ力を利用しており、弾性構造体のサイズ、材料定数等から決まる共振周波数に律則されず、低周波数領域の振動に対しても発電が可能となる。
【０１４３】
簡単のため、第１の基板１０２Ａの質量をｍとすると、外部振動の加速度ａによって、Ｆ＝ｍａの力が加わると仮定すると、第１の基板１０２ＡはＦの力により変位を行う。また、変位した量により静電力の左右のアンバランスが発生し、それにより元の位置に戻すよう力が加わることとなる。このように、本実施の形態に示す振動発電器１００Ａの第１の基板１０２Ａの変位量は加速度に依存し、低周波数の振動に対しても発電が可能となる。
【０１４４】
（９）について詳細な説明を行う。
本実施の形態に示す振動発電器１００Ａでは、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有していない。そのため、構造での弾性構造体の弾性歪みによる信頼性を確保するために、十分に余裕をもった設計を行うことによる小型化困難などの問題に対して、弾性的な疲労が発生する箇所が無い。その結果、バネ部での機械的な信頼性の確保、小型化及び大振幅での動作を行った場合の信頼性の確保が容易である。
また、シリコンおよびガラス等から成る基板と樹脂バネのような、全く異なる材料からなる部材を形成する必要がないことから構造およびプロセスが複雑でないという利点を有する。
【０１４５】
さらに、第１の基板１０２Ａの下面に形成された第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と上面に形成された第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）とは異なる極性の電荷を保持している。
このため、第５の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとのうち、一方の電極の電位に対して他方の電極は、逆の電位を持つこととなる。このため、第１の基板１０２Ａ内において擬似ＧＮＤ面が存在することとなる。
【０１４６】
この結果、第１の電極１０７Ｌと第２の電極１０６Ｌ、および第５の電極１０７Ｕと第６の電極１０６Ｕの配置が同様である場合、対向する電極（第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）、第６の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ））から電気エネルギーを取り出す際に、第２の電極１０６Ｌから取りだした電力の電位と第６の電極１０６Ｕから取り出した電力の電位とは逆相となっている。
【０１４７】
好ましくは、リード線等のやわらかい配線などを用いて第１の基板からＧＮＤを引き出し接地する構成とする。これは、擬似ＧＮＤ面を形成するだけでなく、基準電位（ＧＮＤ）へ第１の基板１０２を接地することで、取り出す電位の安定が図れるからである。
【０１４８】
（１０）について詳細な説明を行う。
本実施の形態に示す振動発電器では、上述のように２組の対向する電極を用いて（第１の電極１０７Ｌと第２の電極１０６Ｌ及び第５の電極１０７Ｕと第６の電極１０６Ｕ）、逆相の電圧として電気エネルギーを取り出すことができる。すなわち、第１の基板の片側のみに電極が形成された実施形態１〜５に示す振動発電器と比較して、同じように第１の基板が１回振動する際に２倍の電力を得ることができる。
【０１４９】
（エレクトレット電極）
以下に、本実施形態に用いる電荷を保持した膜を含む電極（エレクトレット電極）の詳細を説明する。
図１２は、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ、第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ、第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂおよび第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂのいずれとしても用いることができるエレクトレット電極を示す断面図である。図１２に示すエレクトレット電極は図４に示したエレクトレット電極と同様の構造を有している。
【０１５０】
第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）を例として説明するが、他の電極の場合もそれぞれ対応する基板上に同じ構成を有することが可能であることは言うまでもない。
第１の基板１０２Ａ上に導電体１１７ａが形成される。導電体１１７ａの上部には第１の絶縁体１１７ｂ、電荷を保持した膜であるエレクトレット１１７ｃと第２の絶縁体１１７ｄが形成される。
【０１５１】
第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃのそれぞれの導電体１１７ａは、電気的に接続されている。
また、エレクトレット１１７ｃは導電体１１７ａ全体に形成されてもよく、また短冊状の導電体１１７ａ上の一部にのみに配置されてもよいが、短冊状の導電体１１７ａの一部に形成される方がプロセス、デバイス特性の安定性から好ましい。
【０１５２】
特に、第１の基板１０２として高抵抗の基板を用いることが好ましく、この場合エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａの上にのみ形成することが望ましい。このように形成することで、電荷を注入する際、電荷をエレクトレット１１７ｃに強制的に注入可能となり、より電荷の安定したエレクトレットが作成可能となる。
なお、ここでいう高抵抗の基板とは、基板全体が抵抗率の高い基板だけでなく、低抵抗基板（例えば、低抵抗シリコン基板）の表面に酸化膜等の絶縁膜を形成したものも含み、後者を用いても前者と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１５３】
次にエレクトレット１１７ｃに用いるエレクトレット材料について説明を行う。
上述のように第１の電極１０７Ｌ、第３の電極１０５Ｌ、第４の電極１０４Ｌ、第５の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕは電荷を保持したエレクトレット膜を有したエレクトレット電極として構成される。
エレクトレット膜１１７ｃを構成するエレクトレット材料としては、ポリプロピレン、ポリエステルテレフタレート、ポリビニルクロライドなどの高分子材料、或いは酸化シリコンなどの無機材料を利用することができる。これらの中でも絶縁耐圧、耐熱性に優れた酸化シリコンを用いることが好ましい。
【０１５４】
また、耐湿性を向上させるため、電荷保持膜である酸化シリコンの周囲はシリコン窒化膜等の絶縁膜で完全に覆う構造とする方が好ましい。例えば酸化シリコンを用いる場合は、シリコン窒化膜等の絶縁膜で酸化シリコンの周囲を完全に覆う構造とすることで、絶縁耐圧、耐熱性、さらには耐湿性に優れたエレクトレット１１７ｃを得ることが可能となる。
【０１５５】
なお、本実施の形態では、第１の電極１０７Ｌと第５の電極１０７Ｕとが異なる極性の電荷を保持している例を示した。しかし、例えば第１の基板１０２Ａからリード線等の電気的な取り出し手段を設けて、第５の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとを接地することにより、第５の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとが同じ極性の電荷を保持する場合で振動発電器１００Ａは発電可能である。この場合、第２の電極１０６Ｌと第６の電極１０６Ｕからは同位相の電位（同じ極性の電荷）として出力されるため、出力端子を共通として配線をおこなうことで発電した電力を取り出せる。
このように、第１の電極１０７Ｌと第５の電極１０７Ｕとを同じ極性にすることで、エレクトレット電極である第１の電極１０７Ｌ、第３の電極１０５Ｌ、第４の電極１０４Ｌ、第５の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕの全てが保持する電荷を同じ極性とすることができる。製造時に同時に電荷を帯電させることができ、プロセスを簡便にできるという利点がある。
【０１５６】
また、本実施の形態では対向して配置され発電に寄与する電極について、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃおよび第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが電荷を保持したエレクトレット電極であり、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃおよび第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃがエレクトレットを含まない通常の電極である例を示した。
【０１５７】
しかし、エレクトレット電極が、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃおよび第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃであり、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃおよび第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが通常の電極であってもよく、この場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１５８】
また、図１０、図１１、図１２には示していないが、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは、導電体１１７ａが外部端子と電気的接続が可能なように形成される。第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは少なくともエレクトレット１１７ｃを覆うように形成されていればよく、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄを基板全面に成膜する必要はない。
【０１５９】
なお、図１１に示す実施形態では、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃは第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと対向する部分にのみ形成したが、第１の電極１０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極１０７Ｌ（第１の電極１０７Ｌａおよび１０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極１０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板１０２Ａ（特に第１の電極１０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極１０６Ｌを形成する。
【０１６０】
同様に、第５の電極１０７Ｕを超えた領域にまで（第５の電極１０７Ｕ（第５の電極１０７Ｕａおよび１０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第６の電極１０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板１０２Ａ（特に第５の電極１０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第６の電極１０６Ｕを形成する。
【０１６１】
このような構成とすることで、以下のような効果を得ることができる。
（１１）重なり面積の増減を一定にすることが可能
第２の電極１０６Ｌを静止した状態の第１の電極１０７Ｌに概ね対向する位置にのみ形成すると、第１の基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合、第１の電極１０７Ｌ（とりわけ端に位置する第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｃ）と第２の電極１０６Ｌとが重ならない時間が増加し、重なり面積の増減量が低下するといった問題が発生する。
これは、第６の電極１０６Ｕを静止した状態の第５の電極１０７Ｕに概ね対向する位置にのみ形成し、第１の基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合も同じである。
【０１６２】
しかしながら、第２の電極１０６Ｌを第１の電極１０７Ｌの領域よりも大きく形成する（第１の電極１０７Ｌの外側にまで形成する）ことで、重なり面積の増減の低下を防止でき、重なり面積の増減を常に一定に維持することができる。すなわち振動発電器１００Ａの発電量を安定化することができる。
第６の電極１０６Ｕを第５の電極１０７Ｕの領域よりも大きく形成（第５の電極１０７Ｕの外側にまで形成）した場合も、同様の効果が得られる。
【０１６３】
このような第２の電極１０６Ｌおよび第６の電極１０６Ｕの構成は、特に、本実施の形態に示す静電力を用いた構造のように、第１の基板１０２Ａの振幅を大きくでき、第２の電極１０６Ｌまたは第６の電極１０６Ｕの幅（例えば第２の電極１０２Ｌａのような個々の電極の幅）を超えて振動するような振動発電器において効果は高い。
【０１６４】
さらに、第１の基板１０２の表面（主面）の形状は、図２に示す正方形以外に矩形であっても、或いは他の形状であっても本実施の形態で示す発電用電極（第１の電極１０７Ｌ、第５の電極１０７Ｕ）および静電力発生用電極（第３の電極１０５Ｌ、第７の電極１０５Ｕ）の配置とすることで同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１６５】
また、図１０に示す実施形態では、第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕは固定されており振動しない構成となっているが、第２の基板１０３Ｌと第３の基板１０３Ｌのいずれか一方または両方についても第１の基板１０２Ａと同様に固定せずに振動（移動）可能な構造としてもよい。
【０１６６】
図１０に示す実施形態では上述したように振動発電器１００Ａは、第３の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と第４の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）との間の静電力および第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）との間の静電力を用いて第１の基板１０２Ａに復元力を付与している。このように第１の基板１０２Ａの上面側と下面側の両方に復元力を作用させることは、平面方向（第１の基板１０２Ａの主面と平行な方向）への復元力とともに、上方、或いは下方にのみ力が加わることを回避し、安定に動作することができるから好ましい。
【０１６７】
しかし、例えば第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）とを設けずに、第３の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と第４の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）とを設けて、第１の基板１０２Ａの下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器１００Ａは発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板１０２Ａの一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施の形態に含まれる。
【０１６８】
・変形例
図１３は、本実施の形態の変形例に係る第１の基板１２２Ａ（図１３（ａ））の下面および第２の基板１２３Ｌ（図１３（ｂ））を示す上面図である。
図１１に示す第１の基板１０２Ａでは基板の周辺のうちｙ軸方向に延在する部分にのみ第３の電極１０５Ｌが配置されているのに対して、変形例である第１の基板１２２Ａでは、基板の端部（外周）に沿って全周に第３の電極（エレクトレット電極）１２５Ｌが配置されている点が異なる。
同様に第２の基板１２３Ｌもその端部（外周）に沿っての全周に第４の電極（エレクトレット電極）１０４Ｌが配置されている点が図１１の第２の基板１０３Ｌと異なる。
すなわち、図１３に示す変形例で図２に示したのと同様の電極構造を有する。
【０１６９】
第１の基板１２２Ａの第３の電極１２５Ｌ以外の部分は、第１の基板１０２Ａと同じでよく、例えば第１の電極１２７Ｌは上述の第１の電極１０７Ｌと同じでよい。同様に第２の基板１２３Ｌの第４の電極１２４Ｌ以外の部分は、第２の基板１０３Ｌと同じでよく、例えば第２の電極１２６Ｌは上述の第２の電極１０６Ｌと同じでよい。
【０１７０】
第２の基板１２３Ｌ上の第４の電極１２４Ｌは、第１の基板１２２Ａ上の第３の電極１２５Ｌより外側となるように配置されている。そして、第４の電極１２４Ｌと第３の電極１２５Ｌとは同じ極性のエレクトレット電極であることから、第４の電極１２４Ｌと第３の電極１２５Ｌとの間に静電反発力を生ずる。この静電反発力は、ｘ軸方向およびｚ軸方向に加えｙ軸方向にも生ずる。
【０１７１】
すなわち、本変形例では第１の基板１２２Ａに作用する復元力は、図１０に示す実施形態と同様のｘ軸方向とｚ軸方向に加えて、ｙ軸方向にも作用する。この結果、外力によりｘ軸方向以外の例えばｙ軸方向に第１の基板１２２Ａが変位しても第１の基板１２２Ａを所定の位置に戻す力が発生するため、振動発電器をより安定して動作させることができるという効果を有する。
【０１７２】
この効果をより確実に得るように、第１の基板１２２Ａの上面に配置される第７の電極の形態を第３の電極１２５Ｌと同じにし、第３の基板１０３Ｕの下面に配置される第８の電極の形態を第４の電極１２４Ｌと同じにするのが好ましい。
【０１７３】
なお、図１３に示す実施形態では、第４の電極１２４Ｌが第３の電極１２５Ｌより外側になるよう配置されているが、第３の電極１２５Ｌが第４の電極１２４Ｌより外側になるよう配置してもよい。
【０１７４】
７．実施の形態７
図１４は、本発明の実施の形態７に係る振動発電器２００Ａの断面図である。実施の形態６と異なる点は、第１の基板２０２Ａと第２の基板２０３Ｌとの間および第１の基板２０２Ａと第３の基板２０３Ｕとの間に突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂが形成されている点である。
【０１７５】
なお、図１４に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、２００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態６の対応する要素と同一であってよい。
【０１７６】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、その一端が第２の基板２０３Ｌおよび第３の基板２０３Ｕの一方に固定され、他端が固定されることなく第１の基板２０２Ａに接触可能である。或いは、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、その一端が第１の基板２０２Ａに固定され、他端が第２の基板２０３Ｌまたは第３の基板２０３Ｕの一方に固定されることなく接触可能であってもよい。
【０１７７】
図１４に示す実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂは一端（下方端部）が第２の基板２０３Ｌに固定され、他端（上方端部）が固定されずに第１の基板２０２Ａの下面と接触可能である。一方、突起体２０９Ｕａ、２００９Ｕｂは一端（上方端部）が第３の基板２０３Ｕに固定され、他端（下方端部）が固定されずに第１の基板２０２Ａの上面と接触可能となっている。
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂにより、より確実にスティクションを回避することができる。
【０１７８】
以下に、振動発電器２００Ａの動作について説明を行う。
振動発電器２００Ａは、外部からの振動により第１の基板２０２Ａが第２の基板２０３Ｌおよび第３の基板２０３Ｕに対して変位（図１４中の矢印２０８方向）することで発電を行う。その際、第１の基板２０２Ａは外部からの振動により変位した後、静電力により所定の位置に戻される。
【０１７９】
第１の基板２０２Ａが変位した場合、変位した方向とは逆側の静電力が弱くなる。
第１の基板２０２Ａが例えば図１４の右方向に変位した場合、第３の電極２０５Ｌｂと第４の電極２０４Ｌｂとの間および第７の電極２０５Ｕｂと第８の電極２０４Ｕｂとの間に生ずる静電反発力の方が、第３の電極２０５Ｌａと第４の電極２０４Ｌａとの間および第７の電極２０５Ｕａと第８の電極２０４Ｕａとの間に生ずる静電反発力より強くなる。
【０１８０】
このことは、静電反発力のｘ軸方向の成分について考えれば基板２０２Ａを左方向、すなわち元の位置に戻す復元力が働くことを意味する。
一方、静電反発力のｚ軸方向の成分について考えれば、基板２０２Ａをｚ軸方向に保持しようとする静電反発力が基板２０２Ａの右側と左側で異なること意味する。すなわち、ｚ軸方向の変位が不安定になる場合があることを示している。
【０１８１】
そこで本実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを設けて、この突起体により第１の基板２０２Ａを保持し、ｚ軸方向の変位を所定の範囲内に規制することで、第１の基板２０２Ａをより安定に動作させることが可能となる。
すなわち、このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（１２）第１の基板をより安定に動作することができる。
【０１８２】
（１２）についてさらに説明を行う。
本実施の形態の動作の説明でも示したように、第１の基板２０２Ａを保持できるように突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを構成することにより、第１の基板２０２Ａが変位した際に変位方向と変位と逆方向と間の静電力のアンバランスが生じても第１の基板２０２Ａをより安定して動作させることが可能となる。
【０１８３】
特に、大振幅で動作可能な本発明に係る振動発電器では、第１の基板を大きく変位させることが可能であり、この変位が大きくなるほど第１の基板の一端側と他端側（例えば図１４の右側と左側）との間で静電力のアンバランスが生じやすい。
そして、この静電力のアンバランスにより第１の基板に傾きが生じると、上下方向の力のかかり方にもアンバランスが生じるため、アンバランスの補正が必要な場合がある。しかしながら、アンバランスを補正するために静電力を大きくすると、ｘ軸方向の復元力が大きくなり過ぎて第１の基板が外部振動により十分に変位しないという問題が生じ得る。
【０１８４】
しかし、本実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを設けて、第１の基板２０２Ａのｚ軸方向の変位を規制（制御）することで傾きの発生も防止できる。その結果、大きな変位を伴う基板を有する振動発電器の利用可能範囲を拡大することが可能となる。
【０１８５】
なお、本実施の形態においても、第１の電極２０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極２０７Ｌ（第１の電極２０７Ｌａおよび２０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極２０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板２０２Ａ（特に第１の電極２０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極２０６Ｌを形成する
【０１８６】
同様に、第５の電極２０７Ｕを超えた領域にまで（第５の電極２０７Ｕ（第５の電極２０７Ｕａおよび２０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第６の電極２０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板２０２Ａ（特に第５の電極２０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第６の電極２０６Ｕを形成することが好ましい。
【０１８７】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、絶縁体および半導体材料であってよい。
また、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは導電体を含んで形成されてもよく、この場合、第１の基板２０２上の電極と電気的に接続して電極取り出しに用いてもよい。
【０１８８】
図１４に示す実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、第１の基板２０２Ａと第２の基板２０３Ｌとの間（第１の基板２０２Ａの下側）および第１の基板２０２Ａと第３の基板２０３Ｕとの間（第１の基板２０２Ａの上側）の両方に設けられている。これは、第１の基板２０２Ａがより大きく変位しても第１の基板２０２Ａが傾くことなく安定して振動するために好ましい実施形態である。
【０１８９】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂまたは突起体２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、好ましくはそれぞれ複数個、より好ましくは３個以上形成される。より安定して第１の基板２０２Ａを振動させることができるからである。
【０１９０】
図１４に示す実施形態では突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂおよび突起体２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、第２の基板２０３Ｌまたは第３の基板２０３Ｕから第１の基板２０２に向けて径が細くなる凸状の形状を有しているが、これに限定されるものではなく例えば三角錐、三角柱、円柱のような、他の形状であってもよい。
【０１９１】
８．実施の形態８
図１５は、本発明の実施の形態３における振動発電器３００Ａの断面図である。実施の形態６と異なる点は、第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第５の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃとの大きさが異なり、また第３の電極３０５Ｌａ、３０５Ｕｂおよび第４の電極３０４Ｌａ、５０４Ｌｂと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂおよび第８の電極３０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの大きさが異なることである。
その他の構成は実施の形態６と同様である。
【０１９２】
なお、図１５に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、３００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態６の対応する要素と同一であってよい。
【０１９３】
振動発電器３００Ａをこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
【０１９４】
（１３）着電量のアンバランスの補正
【０１９５】
（１３）について説明を行う。
第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第３の電極３０５Ｌａ、３０５Ｌｂと第４の電極３０４Ｌａ、３０４Ｌｂはそれぞれ同じ極性の電荷を保持している。また、第５の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂと第８の電極３０４Ｕａ、３０４Ｕｂとはそれぞれ同じ極性の電荷を保持している。一方、第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第３の電極３０５Ｌａ、３０５Ｕｂと第４の電極３０４Ｌａ、３０４Ｌｂが保持する電荷と、第５の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂと第８の電極３０４Ｕａ、３０４Ｕｂが保持する電荷とは極性が異なる。
【０１９６】
エレクトレット電極は、その大きさ、特に電荷を保持するエレクトレットの大きさが同じであっても、保持する電荷の極性が異なれば保持できる電荷の量が異なる。従って、異なる極性の電極の大きさ（より詳細には電極のエレクトレットの体積）を同じにすると保持できる電荷量が異なり、静電力および発電される電力量にアンバランスが生じる。
そこで、本実施の形態に示すように、第１の基板３０２Ａに生じる静電力を同基板の上下の電極で実質的に等しくするように電極サイズ（電荷を保持するエレクトレットの体積）を変えることで、着電量のアンバランスの補正を行うことができ、また発電量のアンバランスも生じない。
【０１９７】
加えて、第１の基板３０２Ａの上下に形成した電極のサイズを変えることで、同基板の上下を見分けることを容易に行うことができ、製造工程においてミスを防止できるなど、製造上の効果も大きい。
【０１９８】
なお、本実施の形態においても、第１の電極３０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極３０７Ｌ（第１の電極３０７Ｌａおよび３０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極３０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板３０２Ａ（特に第１の電極３０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極３０６Ｌを形成する。
【０１９９】
同様に第５の電極３０７Ｕを超えた領域にまで（第５の電極３０７Ｕ（第５の電極３０７Ｕａおよび３０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第６の電極３０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板３０２Ａ（特に第５の電極３０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第６の電極３０６Ｕを形成する。
【０２００】
９．実施の形態９
図１６は、本発明の実施の形態９に係る第３の基板４０３Ｕの上面図（図１６（ａ））と、第３の基板４０３ＵのＢ−Ｂにおける断面図（図１６（ｂ））である。
図１６において、第３の基板４０３Ｕは、周辺部に第８の電極４０４Ｕが形成されている。第３の基板４０３Ｕ上には、第６の電極４０６Ｕが形成される。より詳細には、図示していないが第５の電極と対向する位置に第６の電極４０６Ｕａ、４０６Ｕｂ、４０６Ｕｃが形成され、配線電極４０６Ｕｄにより電気的に接続される。このとき、外部との取り出しが第３の基板４０３Ｕの４つの角部のうち少なくとも１つにおいて行われるよう、第８の電極４０４Ｕの一部に切り欠きが設けられている。
【０２０１】
また、第８の電極４０４Ｕの電気的接続は、電極４１４Ｕ（４０４Ｕａ）を介して、接地される。
ここで、第８の電極４０４Ｕは、図３と同様に導電体４０４ａと、第１の絶縁体４０４ｂ、電荷を保持したエレクトレット４０４ｃ、第２の絶縁体４０４ｄにより構成される。
第３の基板４０３Ｕを含む振動発電器の動作については他の実施の形態と同様である。
【０２０２】
第３の基板４０３Ｕをこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（１４）静電力によるバネ力への影響を小さくすることができる。
【０２０３】
（１４）について説明を行う。本実施の形態では、第６の電極４０６Ｕの取り出しを第３の基板４０３Ｕの端部より行う。
これにより、ｘ軸方向、或いはｙ軸方向に第１の基板が変位しても第３の基板４０３Ｕの周辺部に沿って配置された第８の電極４０４Ｕによる静電力を損なうことなく元の位置に第１の基板を戻すことが可能となる。
【０２０４】
また、斜め方向（例えばｘ軸とｙ軸から４５°の方向）に第１の基板が変位した場合においても、第３の基板４０３Ｕの４辺に配置されている第８の電極４０４Ｕにより所望の場所に第１の基板を戻すことが可能となる。このように静電力の効果が一番小さい領域で電極取出しを行うことで、バネ力（復元力）を減少させることなく電極取り出しが可能となる。
【０２０５】
なお、図１６では、第６の電極４０６Ｕとして、３つの電極（４０６Ｕａ、４０６Ｕｂ、４０６Ｕｃ）を記載しているが、第６の電極４０６Ｕをさらに多くの短冊状の電極で構成しても同様の効果を得られる。複数のより多くの第６の電極で構成することで、第１の基板の変位に対してより多くの電力を出力できるなどの効果を得られる。
【０２０６】
また、このような本実施の第３の基板４０３Ｕの構成は第２の基板にも適用可能である。上述の第８の電極４０４Ｕと同じ構成の第４の電極と、上述の第６の電極４０６Ｕと同じ構成の第２の電極とを有し、必要に応じて、当該第２の電極の電気的接続のために上述の電極４１４Ｕと同じ構成の電極を有する第２の基板を含む振動発電器は当然に本実施形態に含まれる。
【０２０７】
１０．実施の形態１０
図１７は、本発明の実施の形態１０に係る振動発電器５００Ａの断面図（図１７（ａ））と、第１の基板５０２Ａが変位した状態の振動発電器５００Ａの断面図（図１７（ｂ））である。
【０２０８】
なお、図１７に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、５００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態６〜９の対応する要素と同一であってよい。
【０２０９】
図１７（ａ）において、第３の基板５０３Ｕは、支持体５１１により第２の基板５０３Ｌの上部に固定して配置される。第１の基板５０２Ａは、第３の基板５０３Ｕと第２の基板５０３Ｌとの間でかつ２つの支持体５１１の間に、その上部および下部に空間を有して配置される。すなわち、第１の基板５０２Ａは、第３の基板５０３Ｕと第２の基板５０３Ｌとの間に浮遊するように（第３の基板５０３Ｕおよび第２の基板５０３Ｌから離間して）配置される。
【０２１０】
実施の形態６と同様に、第１の基板５０２Ａの下面に形成された第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第２の基板５０３Ｌの上面上に形成された第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの間に作用する静電力と、第１の基板５０２Ａの上面に形成された第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第３の基板５０３Ｕの下面上に形成された第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの間に作用する静電力とにより第１の基板５０２Ａは保持される。
ここでは、簡単のため配線、及び突起体についての記載は省略している。
【０２１１】
第１の基板５０２Ａはｘ軸方向に変位することが可能であるが、その変位（振動）可能な範囲は、２つの支持体５１１により制御される。すなわち、第１の基板５０２Ａの一方の端部が支持体５１１に接触する位置まで第１の基板５０２Ａは変位できる。
【０２１２】
第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂは、支持体５１１の近傍（第２の基板５０３Ｌの端面の近傍）に形成される。また、第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂは、第１の基板５０２Ａの端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２Ａが振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂは第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂが第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０２Ａの端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０２１３】
同様に、第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂは、支持体５１１の近傍（第３の基板５０３Ｕの端面の近傍）に形成される。また、第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは、第１の基板５０２Ａの端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２Ａが振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂが第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０２Ａの端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０２１４】
このように形成した振動発電器５００Ａの動作について説明を行う。
振動発電器５００Ａは、外部からの振動により第１の基板５０２Ａが第２の基板５０３Ｌおよび第３の基板５０３Ｕに対して変位することで発電を行う。その際、第１の基板５０２Ａは外部からの振動により変位するが、２つの支持体５１１の間で最大限に変位した場合でも、電荷を保持する膜を含む第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの重なり、及び第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの重なりが発生しないため、静電力により第１の基板５０２Ａは変位とは逆方向の力を受ける。
【０２１５】
なお、ここでいう第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの重なりが発生しないとは、第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとが完全に重なることないことがないことを意味する。
すなわち、図１７（ｂ）に示すように第１の基板５０２の変位が最大になった場合でも第３の電極の端部と第４の電極の端部（図１７（ｂ）では第３の電極５０５Ｌａの端部と第４の電極５０４Ｌａの端部）のｘ方向の距離ΔｄがΔｄ＞０である。
同様に、第７の電極の端部と第８の電極の端部のｘ方向の距離ΔｄもΔｄ＞０である。
【０２１６】
振動発電器５００Ａをこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（１５）低周波数領域における大振幅動作が可能
【０２１７】
（１５）について説明を行う。
第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂおよび第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは第１の基板５０２Ａの端面から一定の領域を介して（一定の距離で）形成されており、実施の形態６から実施の形態１０とは電極配置が異なる。前述の実施の形態では、静電力を確保するために、バネ力（静電力）を大きめに設定することで、第１の基板が空間の端面まで変位することを防ぐ必要があり、その結果、バネ力をある程度強くする必要がある。
【０２１８】
一方、本実施の形態のように構成することで、静電力を小さくして第１の基板５０２Ａが大振幅動作を行った場合においても、第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂの重なり及び第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの重なりが発生しないため、変位とは逆の方向に静電力が発生する（より正確には、第２の基板方向（ｘ軸方向）とそれに垂直な方向（ｚ軸方向）のベクトル和の方向）。そのため、バネ力（静電力）を小さくすることで、より低周波数領域において、大振幅動作を可能にし、発電が可能となる。
【０２１９】
なお、例えば第７の電極５０５Ｕ（５０５Ｕａ、５０５Ｕｂ）と第８の電極５０４Ｕ（５０４Ｕａ、５０４Ｕｂ）とを設けずに、第３の電極５０５Ｌ（５０５Ｌａ、５０５Ｌｂ）と第４の電極５０４Ｌ（５０４Ｌａ、５０４Ｌｂ）とを設けて、第１の基板５０２Ａの下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器５００Ａは発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板５０２Ａの一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施の形態に含まれる。
【０２２０】
図１８は、本発明の実施の形態１０に係る別の振動発電器５５０Ａの断面図（図１８（ａ））と、第１の基板５０２Ｂが変位した状態の振動発電器５５０Ａの断面図（図１８（ｂ））である。
図１７に示す実施の形態では、第１の基板５０２Ａの周辺部（端部近傍）に静電力を発生する領域を設けた。一方、図１８に示す実施形態では、第３の電極５５５Ｌと第４の電極５５４Ｌａ、５５４Ｌｂをそれぞれ第１の基板５０２Ｂの下面の中央部（ｘ軸方向の中央部）と第２の基板５０３ＬＡ上面の中央部に設け、さらに第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕａ、５５４Ｕｂをそれぞれ第１の基板５０２Ｂの上面の中央部（ｘ軸方向の中央部）と第３の基板５０３ＵＡ下面の中央部に設けている。
このような実施形態も本実施の形態に含まれる。
【０２２１】
この場合においても、第１の基板５０２Ｂが２つの支持体５１１の間で最大の変位を行った場合においても、第３の電極５５５Ｌと第４の電極５５４Ｌａ、５５４Ｌｂとの重なり及び第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕａ、５５４Ｕｂとの重なりが発生しないように設計を行うことで振動発電器５００Ａと同様の効果を得ることができる。
さらに図１８の実施形態では第３の電極５５５Ｌおよび第７の電極５５５Ｕの個数をそれぞれ１個にすることが可能であるという利点を有する。
なお、必要に応じて複数個の第３の電極５５５Ｌおよび／または第７の電極５５５Ｕを基板５０２Ａの中央部に配置してもよい。
【０２２２】
また、図１８に示す実施形態において、例えば第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕとを設けずに、第３の電極５５５Ｌと第４の電極５５４Ｌとを設けて、第１の基板５０２Ｂの下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器５５０Ａは発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板５０２Ｂの一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施形態に含まれる。
【０２２３】
１１．実施の形態１１
本発明の実施の形態１１として、振動発電装置を説明する。図１９は、本実施の形態に係る振動発電装置６００のブロック図である。図１９に示す振動発電器６０１は、実施の形態１〜実施の形態１０で示された振動発電器のいずれか１つである。
【０２２４】
図１９において、振動発電装置６００は、振動発電器６０１、整流回路６０２、電圧変換回路６０３、出力切替回路６０４、蓄電回路６０５と電圧制御回路６０６からなる。振動発電器６０１から出力された交流電圧は、整流回路６０２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路６０３に入力され、振動発電装置６００の出力電圧レベルまで電圧変換し、変換された電圧は、出力切替回路６０４により、電圧制御回路６０６、或いは蓄電回路６０５に入力される。電圧制御回路６０６では、出力電圧が一定となるように電圧制御されて出力される。
【０２２５】
以上のように構成された振動発電装置６００の動作について、図２０を参照して説明を行う。
図２０は振動発電装置６００の各部の電圧波形を示しており、図２０（ａ）は、振動発電器６０１の出力電圧波形である。本実施の形態では簡単のため、第１の基板の変位方向が変わるところでも発電は効率よく行われていると仮定し、振動による重なり面積の増減により正弦波電圧が出力されるとしている。ここで、振動発電器６０１の出力電圧は、第１の基板の振動振幅、第１の基板、第２の基板間のギャップ、エレクトレット膜の保持電荷量、及び振動発電器６０１から見た外部インピーダンスの大きさなどにより電圧振幅Ｖｇは異なる。振動発電器６０１から出力された交流電圧は、整流回路６０２により直流電圧ＶＤＣ１に変換される（図２０（ｂ））。ＶＤＣ１は、振動発電装置６００の出力電圧レベルＶＤＣ２まで電圧変換回路６０３で電圧変換される。出力切替回路６０４の動作は、振動発電装置６００からの電圧出力が必要ないときは、電圧制御回路６０６には出力を行わず、蓄電回路６０５に発電された電力を蓄える、また、振動発電装置６００からの電圧出力が必要であり、発電量が小さい時、蓄電回路６０５に蓄えられた電力を出力するように切替を行う。出力切替回路６０４からの出力は、電圧制御回路６０６により所望の出力電圧ＶＯＵＴに制御されて出力が行われる（図２０（ｃ））。
【０２２６】
また、前述したように、振動発電器６００の出力電圧は、さまざまな要因で変動する。これに対応するため、ＶＤＣ２は、最終的に出力される電圧ＶＯＵＴよりも若干高い電圧に設定することが望ましい。このように設定を行うことで、微小な電圧変動に対しても、出力電圧は一定とすることが可能となる。例として１．８Ｖの出力を行う場合について説明を行うと、ＶＤＣ２を１．８Ｖに設定した場合、振動発電器の出力電圧が減少すると、振動発電器６００の出力電圧も減少するが、例えば、ＶＤＣ２を２Ｖに設定しておけば、０．２Ｖの電圧減少に対しても十分に制御が可能となるなど、利用上の効果は大きい。
【０２２７】
図２１は、本実施の形態に係る別の構造の振動発電装置６１０を示すブロック図である。
図２１において、振動発電器６１０は、実施の形態１〜実施の形態１０のいずれかに示された振動発電器である。
振動発電装置６１０は、振動発電器６１１、整流回路６１２、電圧変換回路６１３、出力切替回路６１４、蓄電回路６１５および電圧制御回路６１６からなる。振動発電器６１１から出力された交流電圧は、整流回路６１２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路６１３に入力され、振動発電装置６１０の電圧制御可能な電圧レベルに電圧変換し、変換された電圧は、電圧制御回路６０６で所望の電圧となるよう制御され蓄電回路６１５に入力される。出力制御回路６１４では、蓄電回路６１５に蓄えられた電力を負荷の状態に合わせて出力制御を行う。
【０２２８】
このような構成を有する振動発電装置６１０においても振動発電装置６００と同様の効果が得られることは言うまでもない。
振動発電装置６１０の動作は、振動発電装置６００のそれと概略同様であるが、電圧制御回路６１６の出力電圧は、蓄電回路６１５への最適な電圧に制御するように設定を行う。また、出力制御回路６１４は、負荷の状態に合わせて振動発電装置６１０からの出力を制御する。
【０２２９】
１２．実施の形態１２
図２２は、自動車に搭載されるタイヤ空気圧モニタリングシステムで使用される通信装置７００のブロック図である。図２２において、発電装置７０１は実施の形態１１で示された振動発電装置を示す。
【０２３０】
図２２において、通信装置７００は、振動により発電を行う発電装置７０１、通信装置の主電源、或いは発電装置７０１のサブ電源としての電池７０２、発電装置７０１からの出力と電池７０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部７０３と、タイヤの空気圧を測定する圧力センサ７０４、圧力センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部７０５、処理部７０５からの入力信号を高周波信号に変換してアンテナ７０７へ伝える通信部７０６と、アンテナ７０７からなる。
【０２３１】
以上のように構成された通信装置７００の動作について説明を行う。
圧力センサ７０４、処理部７０５、通信部７０６が動作するために必要な電力を、電源制御部７０３により発電装置７０１、或いは電池７０２から供給を行う。圧力センサ７０４は、タイヤの空気圧を測定し、測定結果を電圧信号に変換して処理部７０５へ入力する。処理部７０５で処理された信号は、通信部７０６へ入力され高周波信号としてアンテナ７０７から伝搬される。
【０２３２】
このように、振動発電装置を通信装置の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数の低減、或いは電池交換無しといった状況が可能であり、利用上の効果は大きい。
【０２３３】
また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示したが、振動発電装置からの出力電力が圧力センサ、処理部、通信部等の回路で消費する電力、通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば振動発電装置のみでもかまわない。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり機器の小型化といった点で有効である。
【０２３４】
さらに、本実施の形態では、実施の形態１から１１に示す振動発電器、振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０２３５】
さらに、本実施の形態では、実施の形態１から１１に示す振動発電器、振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０２３６】
１３．実施の形態１３
図２３は、おもちゃなどに搭載される音の出る電子機器８００のブロック図である。図２３において、発電装置８０１は実施の形態１１で示された振動発電装置を示す。
図２３において、電子機器８００は、振動により発電を行う発電装置８０１、通信機器の主電源、或いは発電装置８０１のサブ電源としての電池８０２、発電装置８０１からの出力と電池８０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部８０３と、外部からの応答（例えば、ボタンプッシュ、傾きなど）を検出するセンサ８０４、センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部８０５、処理部８０５からの入力信号によりスピーカー８０７へ伝える制御部８０６と、スピーカー８０７からなる。
【０２３７】
以上のように構成された通信装置（電子機器）８００の動作について説明を行う。
センサ８０４、処理部８０５、制御部８０６が動作するために必要な電力を、電源制御部８０３により発電装置８０１、或いは電池８０２から供給を行う。センサ８０４は、外部からの応答を検出し、検出結果を処理部８０５へ入力する。処理部８０５で処理された信号が所望の値を超えると、制御部８０６へ入力されスピーカー８０７から音を出力する。
【０２３８】
このように、振動発電装置を電子機器の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数の低減、或いは電池交換無しといった状況が可能であり、利用上の効果は大きい。
また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示したが、振動発電装置からの出力電力が圧力センサ、処理部、通信部等の回路で消費する電力、通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば振動発電装置のみでもかまわない。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり機器の小型化といった点で有効である。
【０２３９】
また、本実施の形態では、実施の形態１から１１に示す振動発電器、振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０２４０】
なお、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０２４１】
本出願は、日本国特許出願、特願２００９−２７５６１２と特願２００９−２９３７２１を基礎出願とする優先権主張と伴う。特許出願特願２００９−２７５６１２と特願２００９−２９３７２１は参照することにより本明細書に取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２４２】
本発明にかかる振動発電器は、第1の基板の大振幅動作と低周波数領域の外部振動の発電を行うことができ、かつ、弾性歪みを伴うバネを排除することで信頼性を向上し、静電誘導型振動発電器として有用である。また、本発明にかかる振動発電器は、小電力の無線通信モジュール、その他電子機器等の用途においては大変有用である。
【符号の説明】
【０２４３】
１００、１００Ａ  振動発電器
１０１  発電領域
１０２、１０２Ａ  第１の基板
１０３、１０３Ｌ  第２の基板
１０３Ｕ  第３の基板
１０４ａ、１０４ｂ  エレクトレット電極
１０５ａ、１０５ｂ  エレクトレット電極
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ  第２の電極
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ  第１の電極
１０８  振動方向
２０９ａ、２０９ｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｌａ、２０９Ｕｂ、２０９Ｌｂ  突起体
６００  振動発電装置
７００  通信装置
８００  電子機器
【図１】
2011067936.tif 000003
【図２】
2011067936.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011067936.tif 000010
【図９】
2011067936.tif 000011
【図１０】
2011067936.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011067936.tif 000015
【図１４】
2011067936.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2011067936.tif 000021
【図２０】
2011067936.tif 000022
【図２１】
2011067936.tif 000023
【図２２】
2011067936.tif 000024
【図２３】
2011067936.tif 000025
【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年9月6日(2011.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動発電器および振動発電装置と、振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器に関し、とりわけエレクトレット材料を用いた静電誘導型振動発電器および振動発電装置と、当該振動発電装置を搭載した通信装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動発電装置として、可変容量の一方の電極に電荷を与え、対向する他方の電極へ静電誘導により電荷を誘起する静電誘導型振動発電装置が知られている。容量の変化により誘起される電荷に変化が生じる。静電誘導型振動発電装置は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２４は、エレクトレット材料を用いた従来の静電誘導型振動発電器の一例である、特許文献１（同文献の図４および１０頁〜１１頁参照）に記載された振動発電器１０の概略断面図である。
振動発電器１０は、複数の導電性表面領域１３を備えた第１の基板１１と、複数のエレクトレット材料領域１５を備えた第２の基板１６とで構成される。第１の基板１１と、第２の基板１６とは、互いに所定の間隔を隔てて配置されている。エレクトレット材料領域１５を含む第２の基板１６は固定されている。導電性表面領域１３を含む第１の基板１１は固定構造１７にバネ１９を介して連結されている。バネ１９は第１の基板１１の両側面に接続されており、また、固定構造１７に接続されている。このバネ１９により第１の基板１１は定位置に戻る（保持される）ことができ、或いは、第１の基板１１は側方運動（例えば図の左右方向の運動）を行い、定位置に戻ることができる。この動きにより、エレクトレット材料領域１５と、対向する導電性表面領域１３との重なり面積の増減が生じ、導電性表面領域１３に電荷の変化が生じる。振動発電器（静電誘導型振動発電器）１０は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う。
そして、発電に用いる振動の周波数に応じて第１の基板１１の振動の共振周波数を選択する。
【０００４】
しかし、振動発電器１０では、第１の基板１１とバネ１９とに依存して共振周波数が決定されるため、以下に示すように共振周波数の低周波数化が困難であるという問題がある。
すなわち、共振周波数を低くするためには第１の基板１１の質量を増加させる、またはバネ１９のバネ定数を小さくする必要がある。バネ１９は通常シリコン等から形成されており材料の弾性定数、或いはバネのサイズのため、バネ定数を小さくすることが困難なことから、第１の基板１１の質量を増加させる必要がある。
【０００５】
しかし、第１の基板１１の質量を大きくして共振周波数を低周波数化すると、バネ１９には第１の基板１１の振動により大きな力が付与される（バネ１９により大きな歪みが発生する）こととなり、バネ１９の耐久性が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
この問題を解決するため、弾性歪みに強く、共振周波数が低周波数化可能な樹脂バネを用いた静電誘導型振動発電器がある（例えば、非特許文献１参照）。
図２５は、非特許文献１に記載されている、樹脂バネを用いた従来の振動発電器（静電誘導型振動発電器）２０を示す概略斜視図である。
振動発電器２０は、エレクトレット(electret)２９が形成された第１の基板２１と、第１の基板２１を固定構造２７に接続する、樹脂製のバネ２９により構成されている。バネ２９は、耐疲労性等の耐久性を有するパリレン樹脂材料を用いて構成されているので、比較的低い周波数で、かつ大きな振幅で第１の基板２１を振動させることが可能である。
【０００７】
さらにバネ２９は、長さ方向（図のｘ方向）の長さに対して幅方向（図のｙ方向）、及び第１の基板２１の厚さ方向（図のｚ方向）の長さの比率が大きい高アスペクト比構造を有していることから、バネ２９は幅方向（ｙ方向）及び基板の厚さ方向（ｚ方向）に振動することなく第１の基板２１が一軸方向にのみ振動（強制振動）する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５２９５７４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T. Tsutsumino, Y. Suzuki, N. Kasagi, and Y. Sakane, "Seismic Power Generator Using High- Performance Polymer Electret," IEEE Int. Conf. MEMS 2006, Istanbul, (2006), pp.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１に示す従来の振動発電器２０の構成では、例えば数Ｈｚ程度のような、更なる低周波数化を行うためには、第１の基板２１の質量を大きくする方法だけでは実現できない。そして、例えば、樹脂ばね２９をｘ軸方向に長くする等により樹脂バネ２９のｘ軸方向のばね定数をさらに小さくする必要がある。この結果、所望の振動方向以外の方向（例えばｙ軸方向）のばね定数も小さくなる。
このため、外部振動に対して所望の方向以外にも振動が発生するなどの課題を有していた。
【００１１】
また、第１の基板２１として、シリコン基板およびガラス基板等を用いるのに対して、樹脂バネ２９はシリコンおよびガラスと全く異なるパリレン等の樹脂により形成されるため、構造、プロセスが複雑になるなどの課題を有していた。
【００１２】
さらに、基板の振動数が低くなっても所望の発電量を確保できるように、基板の振動１回あたりより多くの電力を発電できる振動発電器、振動発電装置、ならびに振動発電装置を搭載した電子機器及び通信装置が求められていた。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するもので、特に、複雑な構造およびプロセスを要せず、機械的な信頼性を向上するとともに、低周波数化に対応した振動発電器、振動発電装置、ならびに振動発電装置を搭載した電子機器及び通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の態様１は、第１の基板と、前記第１の基板上に配置された第１の電極と、前記第１の基板から離間し、かつ対向して配置された第２の基板と、前記第２の基板に配置された第２の電極と、を含み、前記第１の基板が前記第２の基板に対して振動可能でかつ、前記第１の電極と前記第２の電極の一方が電荷を保持した膜を含む振動発電器であって、前記第１の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、前記第２の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第４の電極と、を更に含み、前記第３の電極と前記第４の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする振動発電器である。
【００１５】
本発明の態様２は、前記第１の電極または前記第２の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第４の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする態様１に記載の振動発電器である。
【００１６】
本発明の態様３は、前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、前記第３の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、前記第４の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする態様１または２に記載の振動発電器である。
【００１７】
本発明の態様４は、前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、前記第３の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、前記第４の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする態様１または２に記載の振動発電器である。
【００１８】
本発明の態様５は、一端が前記第２の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている突起体を含むことを特徴とする態様１〜４のいずれかに記載の振動発電器である。
【００１９】
本発明の態様６は、前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面と反対側の面に対向し、前記第１の基板から離間した第３の基板と、一端が前記第３の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている第２の突起体とを含むことを特徴とする態様５に記載の振動発電器である。
【００２０】
本発明の態様７は、前記第３の基板が前記第２の基板上に形成した支持体により支持され、前記支持体は前記第１の基板の前記振動の振幅を規定することを特徴とする態様６に記載の振動発電器である。
【００２１】
本発明の態様８は、前記第１の電極と前記第３の電極とが、前記第１の基板上に形成された電荷を保持した第１の膜と、該第１の膜を覆うように形成された絶縁体とにより構成されていることを特徴とする態様５〜７のいずれかに記載の振動発電器である。
【００２２】
本発明の態様９は、前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の一方の面と対向して配置された第３の基板と、前記第１の基板の前記一方の面に配置された第５の電極と、前記第５の電極と対向するように前記第３の基板上に配置された第６の電極と、を更に含み、前記第１の基板が前記第３の基板に対して振動可能で、前記第２の基板が前記第１の基板の他方の面と対向し、前記第１の電極と前記第３の電極が前記第１の基板の前記他方の面に配置され、前記第５の電極および前記第６の電極の一方が電荷を保持した膜を含んでいることを特徴とする態様１または２に記載の振動発電器である。
【００２３】
本発明の態様１０は、前記第１の基板の前記一方の面に配置され、かつ電荷を保持した膜を含む第７の電極と、前記第３の基板に配置され、電荷を保持した膜を含む第８の電極と、を更に含み、前記第７の電極と前記第８の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第３の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする態様９に記載の振動発電器である。
【００２４】
本発明の態様１１は、前記第５の電極または前記第６の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第７の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする態様１０に記載の振動発電器である。
【００２５】
本発明の態様１２は、前記第３の電極と前記第４の電極とを２組有し、前記第３の電極と前記第４の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第３の電極と前記第４の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第３の電極と前記第４の電極とが配置され、前記第７の電極と前記第８の電極とを２組有し、前記第７の電極と前記第８の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第７の電極と前記第８の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第７の電極と前記第８の電極とが配置されていることを特徴とする態様１０または１１に記載の振動発電器である。
【００２６】
本発明の態様１３は、一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする態様９〜１２のいずれかに記載の振動発電器である。
【００２７】
本発明の態様１４は、前記第１の電極が前記電荷を保持した膜を含み、前記第２の電極が前記電荷を保持した膜を含み、前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極と前記第７の電極とが、前記第１の基板上に形成した電荷を保持した膜と、該電荷を保持した膜を覆う絶縁体とを含むことを特徴とする態様１０〜１３のいずれかに記載の振動発電器である。
【００２８】
本発明の態様１５は、態様１〜１４のいずれかに記載の振動発電器と、前記振動発電器からの交流出力電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、を含むことを特徴とする振動発電装置である。
【００２９】
本発明の態様１６は、前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換を行う電圧変換回路と、前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、前記電圧変換回路、或いは前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、或いは電圧制御回路に切り替える出力切替回路と、を更に含むことを特徴とする態様１５に記載の振動発電装置である。
【００３０】
本発明の態様１７は、態様１５または１６に記載の振動発電装置を用いた通信装置である。
【００３１】
本発明の態様１８は、態様１〜１４のいずれかに記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする通信装置である。
【００３２】
本発明の態様１９は、態様１５または１６に記載の発電装置を用いた電子機器である。
【００３３】
本発明の態様２０は、態様１〜１４のいずれかに記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の振動発電器によれば、例えば数Ｈｚ程度と周波数の低い外部振動に対しても、基板が大振幅で動作することができるため、低周波領域の振動により発電を行うことができる。
また、本発明の振動発電器によれば、静電力によるバネ構造を用いることにより弾性変形を伴う機械的なバネを排除することができることから、複雑な構造およびプロセスを要せず、機械的信頼性の向上を図ることが可能である。
さらに、本発明の振動発電装置によれば、蓄電回路を設けることで、出力電圧の安定を図ることが可能である。
さらにまた、本発明の振動発電器、振動発電装置を用いた通信装置および電子機器によれば、電池交換等のメンテナンス回数を低減できるなど利用上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動発電器の断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る第１の基板及び第２の基板を示す上面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る別の第１の基板及び第２の基板を示す上面図
【図４】本発明の実施の形態１に係るエレクトレット電極の断面図
【図５】本発明の実施の形態２に係る振動発電器の断面図
【図６】本発明の実施の形態３に係る、（ａ）振動発電器の断面図と、（ｂ）第１の電極の構造を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態４に係る、（ａ）振動発電器の第２の基板を示す上面図と、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図
【図８】本発明の実施の形態５に係る振動発電器の断面図
【図９】本発明の実施の形態５に係る振動発電器の他の構成を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態６に係る振動発電器の断面図
【図１１】本発明の実施の形態６に係る、（ａ）第１の基板の上面図、及び（ｂ）第２の基板を示す上面図
【図１２】本発明の実施の形態６に係るエレクトレット電極の断面図
【図１３】本発明の実施の形態６に係る他の構造の第１の基板、及び第２の基板を示す上面図
【図１４】本発明の実施の形態７に係る振動発電器の断面図
【図１５】本発明の実施の形態８に係る、（ａ）振動発電器の断面図と、（ｂ）第５の電極の構図を示す断面図
【図１６】本発明の実施の形態９に係る、（ａ）振動発電器の第３の基板を示す上面図と、（ｂ）Ｂ−Ｂにおける断面図
【図１７】本発明の実施の形態１０に係る振動発電器の断面図
【図１８】本発明の実施の形態１０に係る振動発電器の他の構成を示す断面図
【図１９】本発明の実施の形態１１に係る振動発電装置を示すブロック図
【図２０】本発明の実施の形態１１に係る振動発電装置の各部の電圧波形を示す図
【図２１】本発明の実施の形態１１に係る振動発電装置の別の構成を示すブロック図
【図２２】本発明の実施の形態１２に係る振動発電装置を用いた通信装置を示す図
【図２３】本発明の実施の形態１３における振動発電装置を用いた電子機器を示す図
【図２４】従来の静電誘導型振動発電器の断面図
【図２５】従来の樹脂バネを用いた静電誘導型振動発電器の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
【００３７】
１．実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る振動発電器１００の断面図であり、図２は図１の振動発電器１００の第１の基板１０２（図２（ａ））、及び第２の基板１０３（図２（ｂ））の上面図である。図１が示す断面は、図２のＡ−Ａ断面に相当する。
【００３８】
振動発電器１００は、第１の基板１０２と第２の基板１０３とにより構成される。第１の基板１０２上（図１では、下面）に第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが形成されている。また、第２の基板１０３上（図１では、上面）には第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃのそれぞれに対向する位置に形成されている。
【００３９】
第１の基板１０２上には更に第３の電極１０５ａ、１０５ｂが、第２の基板１０３上には更に第４の電極１０４ａ、１０４ｂが形成される。
第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとは、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極である。そして、第３の電極と第４の電極との間に反発する静電力（反発力）が作用するように、第３の電極１０５ａ、１０５ｂの前記膜が保持する電荷の極性と第４の電極１０４ａ、１０４ｂの前記膜が保持する電荷の極性とは、同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方負であれば他方も負）であることが好ましい。
また、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの前記膜が保持する極性についても第３の電極１０５ａ、１０５ｂの前記膜が保持する電荷の極性と第４の電極１０４ａ、１０４ｂの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【００４０】
図１には図示していないが、第２の基板１０３は固定されており、一方、第１の基板１０２は固定されていない。このため、第１の基板１０２は、ｚ軸方向と、ｘ軸方向およびｙ軸方向の少なくともいずれか一方の方向に移動可能である。
【００４１】
第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとは、同じ極性の電荷を保持しているため、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとの間には静電反発力が作用する。このとき、静電反発力は、第１の基板１０２と、第２の基板１０３の相対位置によりその大きさが変化するが、第２の基板１０３の主面に平行な方向のうち図１の左右方向（図１中のｘ方向）、第２の基板１０３の主面に垂直な方向（図１中のｚ方向）、及び２の基板１０３の主面に平行な方向のうち図１の紙面に垂直な方向（図１中のｙ方向）に分解することができる。このとき実施の形態１では、静電反発力のｚ方向成分により第１の基板１０２は空間を介して保持される（空中に浮遊した状態に保持される）。
また、ｘ軸方向またはｙ軸方向（すなわち、第１の基板１０２の主面に平行な方向）の少なくとも一方において、（例えば外力が作用して）第１の基板１０２が第２の基板１０３に対して移動すると元の位置（所定の位置）に戻ろうとする力（復元力）が、静電力（静電反発力）のｘ方向成分またはｚ方向成分の少なくとも一方により生ずるように、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとが配置されることが、本実施形態の特徴である。
すなわち、第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとの間に作用する静電力により、第１の基板はｚ軸方向の所定の位置に保持されるとともに、外力が作用しない時は、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向（第１の基板１０２の主面に平行な方向）についても所定の位置に保持される。
【００４２】
このように第３の電極１０５ａ、１０５ｂと第４の電極１０４ａ、１０４ｂとを配置することで、機械的なバネを用いることなく、第１の基板１はｘ軸方向および／またはｙ軸方向に振動可能となり、この結果、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃとの重なり面積が変化することで振動発電器１００が発電を行う。
【００４３】
次に電極配置について説明を行う。
図２に示す電極配置の例では、第１の電極１０７は（図１の１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）、長手方向がｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極は互いに電気的に接続して構成されている。同様に、第２の電極１０６（図１の１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ）もｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極も互いに電気的に接続して構成されている。図２は、簡単のため配線構造については図示していない。第３の電極１０５（図１の１０５ａ、１０５ｂ）と第４の電極１０４（図１の１０４ａ、１０４ｂ）は、それぞれ第１の基板１０２、第２の基板１０３の周辺部（端部）全周に沿って（外周に沿って）配置されている。第１の基板１０２と第３の基板１０３とを対向させた時に第４の電極１０４の方が第３の電極１０５よりも外側になるように配置されている。しかし、この配置に限定されるものではなく、第３の電極１０５の方が第４の電極１０４よりも外側になるように配置しても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
図１に示した第３の電極１０５ａ、１０５ｂは図２から判かるように、第１の電極１０７を取り囲んで配置されている第３電極１０５の一部（ｙ軸方向に平行な部分）であり、第３の電極１０５ａ、１０５ｂは互いに電気的に接続して構成され、接地されている。同様に、第４の電極１０４ａ、１０４ｂも、第２の電極１０６を取り囲んで配置されている第４電極１０４の一部（ｙ軸方向に平行な部分）であり、第４の電極１０４ａ、１０４ｂは、互いに電気的に接続して構成され、接地されている。
【００４５】
振動発電器１００の動作について説明を行う。
上述のように第３の電極１０５と第４の電極１０４とは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力（静電反発力）が作用している。このため第１の基板１０２に外力が作用しなければ第１の基板１０２は所定の位置に保持されている。すなわち、ｚ軸方向については、この反発力と第１の基板１０２に作用する重力とがバランスする位置で基板１０２は浮遊し留まる。ｘ軸方向については第３の電極１０５ａと第４の電極１０４ａとの間に作用する反発力（図１の右方向に作用する力）と、第３の電極１０５ｂと第４の電極１０４ｂとの間に作用する反発力（図１の左方向に作用する力）とがバランスする位置で第１の基板１０２は留まる。ｙ軸方向についても同様に反発力がバランスする位置で第１の基板１０２は留まる。
【００４６】
そして、外部から振動（外力）が加わると、第１の基板１０２は第２の基板１０３に対して相対的に変位する（移動する）。例えばｘ軸方向の振動が付与された場合について説明する。振動により、上述の反発力がバランスする位置より右側に第１の基板１０２が変位した場合、第３の電極１０５ａと第４の電極１０４ａとの間に作用する反発力よりも第３の電極１０５ｂと第４の電極１０４ｂとの間に作用する反発力の方が大きくなり、第１の基板１０２に左方向に戻る力が作用する。一方、反発力がバランスする位置より左側に第１の基板１０２が変位した場合は、第１の基板１０２に右方向に戻る力が作用する。このように第１の基板１０２には、変位した方向と逆方向に押し戻そうとする力（復元力）が発生し、第１の基板１０２を元の位置に戻すことができる。この復元力を利用して第１の基板１０２を第２の基板１０３に対して相対的に変位させることで、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃと第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃとの重なり面積が増減する。この重なり面積の増減により、第２の電極１０６（１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ）に誘起される電荷量が増減する。この電荷を電気エネルギーとして取り出すことで発電を行う。第１の基板１０２が外部からの振動を受けて相対的な変位を行い、静電力によって元の位置に戻るという振動を続ける限り、この重なり面積の増減は続く。
【００４７】
第１の基板１０２にｙ軸方向の振動が付与された場合も同様に第３の電極１０５と第４の電極１０４との間の静電力による復元力が働くことで振動発電器１００は発電を行うことが可能である。
【００４８】
但し、図２に示すように第１の電極１０７および第２の電極１０６はその長手方向がｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなることから、第１の基板１０２の変位量が同じであっても第１の電極１０７と第２の電極１０６の重なりの増減はｘ軸方向に振動した場合の方が多くなる。
【００４９】
なお、図１に示すように第１の電極１０７（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）は、接地されていることが好ましい。接地により、基準電位をＧＮＤとして、着電量に応じた電位が第１の電極１０７（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）の表面に表れることとなり、振動による発電電圧の安定化が図れるからである。
【００５０】
本実施の形態にかかる振動発電器１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)低周波数の振動に対しても発電が可能
(2)機械的な信頼性の向上
【００５１】
(1)について詳細な説明を行う。第１の基板１０２と第２の基板１０３は、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有しておらず、静電力によるバネ力を利用しており、弾性構造体のサイズ、材料定数等から決まる共振周波数に律則されず、低周波数領域の振動に対しても発電が可能となる。
【００５２】
簡単のため、第１の基板１０２の質量をｍとすると、外部振動の加速度ａによって、Ｆ＝ｍａの力が加わると仮定すると、第１の基板１０２はＦの力により変位を行う。また、変位した量により静電力の左右のアンバランスが発生し、それにより元の位置に戻すよう力が加わることとなる。このように、本実施の形態に示す振動発電器１００の第１の基板１０２の変位量は加速度に依存し、低周波数の振動に対しても発電が可能となる。
【００５３】
(2)について詳細な説明を行う。
本実施の形態に示す振動発電器１００では、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有していない。そのため、構造での弾性構造体の弾性歪みによる信頼性を確保するために、十分に余裕をもった設計を行うことによる小型化困難などの問題に対して、弾性的な疲労が発生する箇所が無い。その結果、バネ部での機械的な信頼性の確保、小型化及び大振幅での動作を行った場合の信頼性の確保が容易である。また、シリコンおよびガラス等から成る基板と樹脂バネのような、全く異なる材料からなる部材を形成する必要がないことから構造およびプロセスが複雑でないという利点を有する。
【００５４】
図３は、本実施形態の変形例に係る第１の基板１０２Ｍ（図３（ａ））および第２の基板１０３Ｍ（図３（ｂ））を示す上面図である。
上述の第１の基板１０２では基板の周辺部に沿って全周に亘り第３の電極１０５が配置されているのに対して、変形例である第１の基板１０２Ｍでは、ｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿ってのみ第３の電極（エレクトレット電極）１０５Ｍが配置されている点が異なる。
同様に第２の基板１０３Ｍもｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿ってのみ第４の電極（エレクトレット電極）１０４Ｍが配置されている点が上述の第２の基板１０３と異なる。
そして、ｘ軸方向において、第４の電極１０４Ｍが第３の電極１０５Ｍより外側になるよう配置されている。
【００５５】
第１の基板１０２Ｍの第３の電極１０５Ｍ以外の部分は、第１の基板１０２と同じでよく、例えば第１の電極１０７Ｍは上述の第１の電極１０７と同じでよい。同様に第２の基板１０３Ｍの第４の電極１０４Ｍ以外の部分は、第２の基板１０３と同じでよく、例えば第２の電極１０６Ｍは上述の第２の電極１０６と同じでよい。
なお、図３（ａ）に示す２つの第３の電極１０５Ｍは互いに電気的に接続されて接地されており、また図３（ｂ）に示す２つの第４の電極１０６Ｍも互いに電気的に接続されて接地されている。
【００５６】
そして、第３の電極１０５Ｍと第４の電極１０４Ｍのそれぞれの膜が保持する電荷の極性を同じにすることにより、第３の電極１０５Ｍと第４の電極１０４Ｍと間に静電力（反発力）が作用する。このため、第１の基板１０２Ｍはｚ軸方向に浮遊するとともに、ｘ軸方向に外力（振動）が加えられると元の位置に戻ろうとする復元力が働き、ｘ軸方向に振動可能となる。そして、第１の基板１０２Ｍと第２の基板１０３Ｍとを含む振動発電器での発電が可能となる。
換言すると、第３の電極１０５Ｍと第４の電極１０４Ｍと間に静電力により、第１の基板１０２Ｍは、ｚ軸方向に所定の位置に保持され、外力が作用していない時はｘ軸方向についても所定の位置に保持される。
【００５７】
なお、第１の基板１０２Ｍと第２の基板１０３Ｍとを含む振動発電器では上述の振動発電器１００と異なり、ｙ方向の振動（外力）が加わっても復元力が生じないため、第１の基板１０２のｙ方向への変位を所定の範囲内に制限するために突起等による拘束手段を設けるのが好ましい。
【００５８】
第１の基板１０２Ｍは、第３の電極１０５Ｍをその全周でなく周囲の一部に配置するだけでよく、また同様に第２の基板１０３Ｍでも電極１０４Ｍを全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点を有する。
【００５９】
なお、図３に示す実施形態では、ｘ方向において、第４の電極１０４Ｍが第３の電極１０５Ｍより外側になるよう配置されているが、第３の電極１０５Ｍが第４の電極１０４Ｍより外側になるよう配置してもよい。
また、図３に示す実施形態では、第３の電極１０５Ｍおよび第４の電極１０４Ｍはそれぞれが配置された基板のｙ軸方向に延在する周辺部（端部）の全長に亘り配置されているが、例えば基板のコーナー部（四隅）のみに配置する、あるいはコーナー部から離れた部分に配置する等一部分にのみ配置してもよい。
【００６０】
（エレクトレット電極）
以下に、第１の実施形態に用いる電荷を保持した膜を含む電極（エレクトレット電極）の詳細を説明する。
図４は、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、第３の電極１０５ａ、１０５ｂのいずれか１つを示す断面図である。
第１の基板１０２上に導電体１１７ａが形成される。導電体１１７ａの上部には第１の絶縁体１１７ｂ、電荷を保持した膜であるエレクトレット１１７ｃと第２の絶縁体１１７ｄが形成される。
【００６１】
第１の電極１０７（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ）を例に挙げると、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃの導電体１１７ａは、電気的に接続されている。
また、エレクトレットは導電体１１７ａ全体に形成されてもよく、また短冊状の導電体１１７ａ上の一部にのみに配置されてもよいが、短冊状の導電体１１７ａの一部に形成される方がプロセス、デバイス特性の安定性から好ましい。
【００６２】
特に、第１の基板１０２として高抵抗の基板を用いることが好ましく、この場合エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａの上にのみ形成することが望ましい。このように形成することで、電荷を注入する際、電荷をエレクトレット１１７ｃに強制的に注入可能となり、より電荷の安定したエレクトレットが作成可能となる。
なお、ここでいう高抵抗の基板とは、基板全体が抵抗率の高い基板だけでなく、低抵抗基板（例えば、低抵抗シリコン基板）の表面に酸化膜等の絶縁膜を形成したものも含み、後者を用いても前者と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６３】
次にエレクトレット１１７ｃに用いるエレクトレット材料について説明を行う。
上述のように第１の電極１０７、第３の電極１０５と第４の電極１０４は電荷を保持したエレクトレット膜を有して構成される。エレクトレット膜１１７ｃを構成するエレクトレット材料としては、ポリプロピレン、ポリエステルテレフタレート、ポリビニルクロライドなどの高分子材料、或いは酸化シリコンなどの無機材料を利用することができる。これらの中でも絶縁耐圧、耐熱性に優れた酸化シリコンを用いることが好ましい。
【００６４】
また、耐湿性を向上のため、酸化シリコンの周囲はシリコン窒化膜等の絶縁膜で完全に覆う構造とする方が好ましい。例えば酸化シリコンを用いる場合は、シリコン窒化膜等の絶縁膜で酸化シリコンの周囲を完全に覆う構造とすることで、絶縁耐圧、耐熱性、さらには耐湿性に優れたエレクトレット１１７ｃを得ることが可能となる。
【００６５】
なお、図４では、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、第３の電極１０５ａ、１０５ｂについての例を示したが、第４の電極１０４ａ、１０４ｂならびに変形例にかかる第１の電極１０７Ｍ、第３の電極１０５Ｍおよび第４の電極１０４Ｍも同様の構造であってよいことは言うまでもない。
【００６６】
本実施の形態では第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが電荷を保持したエレクトレット電極であり、第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが通常の電極である例を示した。しかし、電荷を保持したエレクトレット電極が、第２の電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃであり、第１の電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが通常の電極であってもよく、この場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６７】
さらに、本実施形態では、第２の基板１０３は固定されており振動しない構成となっているが、第２の基板１０３についても第１の基板１０２と同様に固定せずに振動（移動）可能な構造としてもよい。
【００６８】
また、図１、図２、図４には示していないが、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは、導電体１１７ａが外部端子と電気的接続が可能なように形成される。第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは少なくともエレクトレット１１７ｃを覆うように形成されていればよく、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄを基板全面に成膜する必要はない。
【００６９】
なお、本実施の形態では、第２の電極１０６は第１の電極１０７と同じ形態で形成したが、第１の電極１０７を超えた領域に（第１の電極１０７よりも外側にまで）第２の電極１０６を形成することが好ましい。より好ましくは、第１の電極１０７の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極領域を形成する。
【００７０】
このように第２の電極１０６を構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(3)重なり面積を一定にすることが可能
第２の電極１０６を静止した状態の第１の電極１０７と概ね対向する位置に形成すると、基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合、第１の電極１０７（とりわけ端に位置する第１の電極１０７ａ、１０７ｃ）と第２の電極１０６とが重ならない時間が増加し、重なり面積の増減量が低下するといった問題が発生する。
しかしながら、第２の電極１０６を第１の電極１０７の領域に対して大きく形成する（第１の電極の外側にまで形成する）ことで、重なり面積の増減の低下を防止でき、重なり面積の増減を常に一定に維持することができる。すなわち振動発電器１００の発電量を安定化することができる。
【００７１】
このような第２の電極１０６の構成は、特に、本実施の形態に示す静電力を用いた構造のように、第１の基板１０７の振幅を大きくでき、第１または第２の電極の幅を超えて振動するような振動発電器において効果は高い。
【００７２】
さらに、第１の基板１０２の表面（主面）の形状は、図２に示す正方形以外に矩形であっても、或いは他の形状であっても本実施の形態で示す発電用電極（第１の電極および第２）および静電力発生用電極（第３の電極１０５、第４の電極１０４）の配置とすることで同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７３】
２．実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に係る振動発電器２００の断面図である。実施の形態１と異なる点は、第１の基板２０２と第２の基板２０３との間に第１の突起体２０９ａ、２０９ｂが形成されている点である。
【００７４】
なお、図５に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、２００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１の対応する要素と同一であってよい。
【００７５】
突起体２０９ａ、２０９ｂは一端が第１の基板２０２および第２の基板２０３の一方に固定され、他端が第１の基板２０２および第２の基板２０３の他方と固定されることなく接触している。
図５に示す実施形態では、突起体２０９ａ、２００９ｂは一端（下方端部）が第２の基板２０３に固定され、他端（上方端部）が第１の基板２０２と固定されずに接触している。
以下、この図５の実施形態に基づいて説明する。
【００７６】
突起体２０９ａ、２０９ｂは導電体を含んで形成され、電極取り出しに用いられる。
振動発電器２００は、外部からの振動により第１の基板２０２が第２の基板２０３に対して変位することで発電を行う。その際、第１の基板２０２は外部からの振動により変位し、静電力により所定の位置に戻される。実施の形態１と同様に第１の電極２０７（２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ）、第３の電極２０５（２０５ａ、２０５ｂ）、第４の電極２０４（２０４ａ、２０４ｂ）は電荷を保持するエレクトレット電極である。第２の基板２０３上の第４の電極２０４と異なり、第１の基板上の第１の電極２０７と第３の電極２０５とが接地されていない場合、発電される電力の電位が不安定となり得る。
【００７７】
このため、突起体２０９ａ、２０９ｂの下方端は電気的に接地され、上方端は第１の電極２０７および第３の電極２０５と電気的に接続されている。
【００７８】
第１の基板２０２が振動により変位しても、突起体２０９ａ。２０９ｂの上方端と第１の電極２０７および第３の電極２０５との電気的接続が確保できるように、例えば第１の基板２０２の表面に導電体膜を形成（例えば、図４の導電体１１７ａに相当する第１の電極２０７の導電体を露出させて形成）し、この導電体膜上を突起体２０９ａ、２０９ｂの上端部が接触し摺動してもよい。
【００７９】
振動発電器２００の第２の基板２０３上に突起体２０９ａ、２０９ｂを形成し、この突起を電気的な配線として利用し、第１の基板２０２と接触した状態で変位を行うことで、第１の基板からの電気的な配線による不要な応力を排除することが可能となる。
【００８０】
このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(4)第１の基板２０２からの電気取り出しを容易にできる。
(4)について説明を行う。突起体を設け、突起体を介して電気的な取り出しを行うことで、第１の基板２０２からの電気的な配線（リード線、或いはワイヤ）による不要な応力を排除することが可能となる。
特に、大振幅で動作可能な本実施の形態の振動発電器２００では、第１の基板２０２の変位量に合わせて配線長を確保する必要がある。
例えば、リード線で取り出しを行った場合、リード線が短いと、大振幅時にはリード線と第１の基板との接点に応力がかかるため、リード線を十分に長く設定する必要がある。一方、十分に長くすると配線が絡まる場合がある。しかし、本実施形態ではこのような問題を生ずることがない。
【００８１】
また、突起体２０９ａ、２０９ｂにより第１の基板２０２を支持することが可能である。
第１の実施形態では第３の電極１０５と第４の電極１０４との間の静電力（反発力）は、第１の基板１０２をｚ軸方向に浮遊させる機能と第１の基板１０２ｘ軸方向の元の位置に戻す機能の２つを同時に果たす必要がある。
しかし、本実施形態では、突起体２０９ａ、２０９ｂが第１の基板２０２を支持可能なため、第３の電極２０５と第４の電極２０４との間の静電力により第１の基板１０２を浮遊させる必要がない。
すなわち、第３の電極２０５と第４の電極２０４との間の静電力は、第１の基板２０２をｘ軸方向の元の位置に戻す機能（復元力、および外力がない場合に所定の位置に保持する機能）のみを有すればよい。
このことは、第３の電極２０５と第４の電極２０４の大きさ、配置等の設計の自由度が増加するという効果をもたらす。
【００８２】
図５に示す実施形態では複数の突起体２０９ａ、２０９ｂが配置されているが、突起体は１つでもよい。しかし、好ましくは複数の突起体が配置され、より好ましくは３個以上の突起体が配置される。第１の基板２０２と３点で接触することで第１の基板２０２を安定して保持できるからである。
複数の突起体２０９ａ、２０９ｂを有することで、第１の電極２０７および第３の電極２０５をより安定して電気的に接続できるからである。
また、３個以上の突起体２０９ａ、２０９ｂが配置されることで、安定して第１の基板２０２を支持できるからである。
【００８３】
上述のように突起体２０９ａ、２０９ｂは導電体で形成される。図５に示すように突起体２０９ａ、２０９ｂは、上に凸の構造（例えば、下方から上方に向けて断面積（第１の基板２０２の主面に平行な面の断面積）が減少していく形状）を有してもよく、また全体が導体であってもよい。或いは突起体２０９ａ、２０９ｂは表面にのみ導電膜が成膜されていてもよく、この場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
さらに、突起体２０９ａ、２０９ｂの構造は、電気的な取り出しが可能であれば、例えば三角錐、三角柱、円柱のような、他の構造であってもよい。
【００８４】
なお、本実施の形態においても第２の電極２０６の領域は第１の電極２０７の領域を超え（第１の電極２０７より外側の）、振動限界（振動により変位可能な範囲）まで構成するのが好ましい。このように構成することにより、大振幅動作においても発電量を低下することなく動作可能であることは実施の形態１と同様である。
【００８５】
３．実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３における振動発電器３００の断面図（図６（ａ））と、第１の基板３０２の断面図（図６（ｂ））である。
実施の形態２と異なる点は、振動発電器３００は第１の基板の上方に配置された第３の基板３１０と、第３の基板３１０と第１の基板３０２との間に配置された第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄとを有する点である。
【００８６】
なお、図６に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、３００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１および２の対応する要素と同一であってよい。
【００８７】
本実施の形態では、第２の実施形態と同様に一方の端部が第２の基板３０３に固定され他方の端部が第１の基板３０２の下面と接触する第１の突起体３０９ａ、３０９ｂに加えて、一方の端部が第３の基板３１０に固定され他方の端部が第１の基板３０２の上面と接触する第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄを備える。
そして、第１の突起体３０９ａ、３０９ｂと第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄとにより電極取り出し（第１の電極３０７（３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ）および第３の電極３０５（３０５ａ、３０５ｂ）の接地）を行う。
【００８８】
図６（ｂ）に示すように第１の基板３０２は、電気取り出しのため、例えば０．０１Ωｃｍ以下のような低抵抗のシリコン基板で構成される。
第１の基板３０２の下面（図６（ｂ）では上面）上に、第３の電極３０５のエレクトレット３１５ａ、３１５ｂが第１の基板３０２の外周に沿って形成され、第１の電極３０７のエレクトレット３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃが短冊状に形成される。さらにエレクトレット３１５ａ、３１５ｂ、３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃを覆うように絶縁体３１２が形成される。
【００８９】
なお、図６（ｂ）では、絶縁体３１２で第１の基板３０２の下面（図６（ｂ）では上面）全面を覆うように示されているが、実際には第１の突起体３０９ａ、３０９ｂと接する領域の絶縁体３１２を除去して形成され、これにより第１の基板３０２を構成する低抵抗基板と第１の突起体３０９ａ、３０９ｂとが電気的に接続されている。
【００９０】
このように形成した振動発電器３００の動作について説明を行う。
振動発電器３００は、外部からの振動により第１の基板３０２が第２の基板３０３および第３の基板３１０に対して変位することで発電を行う。
その際、第１の基板３０２は外部からの振動により変位し、第３の電極３０５（３０５ａ、３０５ｂ）と第４の電極３０４（３０４ａ、３０４ｂ）との間の静電力により所定の位置に戻される。
【００９１】
実施の形態１と同様に第１の電極３０７、第３の電極３０５、第４の電極３０４はエレクトレットを含んでおり、第１の基板３０２上の第１の電極３０７および第３の電極３０５が電気的に接地される。接地されていない場合、発電により得られる電力の電位が不案定になりうるからである。
第２の基板３０３上に配置した第１の突起体３０９ａ、３０９ｂと、第３の基板３１０上に配置した第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄとを電気的な配線として利用する。第１の突起体３０９ａ、３０９ｂおよび第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄが基板３０２と接触した状態で第１の基板３０２を変位させることで、実施の形態２と比較し、より一層の電気的接続の信頼性向上が可能となる。
【００９２】
このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(5)安定した電気取り出し
(5)について説明を行う。実施の形態２と比較して、第３の基板３１０に第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄを配置し、第１の基板３０２の下方向からだけでなく、上方向からの電気取り出し（電気的接続）を可能にしている。これにより、第１の基板３０２が変位する際に横方向（図６（ａ）のｘ軸方向）に安定して変位することが可能となる。
また、厚さ方向（図６（ａ）のｚ軸方向）の振動などにより第１の基板３０２が浮き上がり突起体３０９ａ、３０９ｂと接触しなくなっても、上部にある第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄから電気取り出しが可能となる。
【００９３】
特に、第１の基板３０２が変位した際に、第３の電極３０５ａ、３０５ｂと第４の電極３０４ａ、３０４ｂとの間の斜め方向の静電力により第１の基板３０２が上方（ｚ軸方向）へ押された場合においても、第１の基板３０２の上部に配置された第２の突起体３０９ｃ、３０９ｄにより第１の基板３０２を支持するとともに、電気的取出しが可能となる。
【００９４】
なお、突起体３０９ａ、３０９ｂ、３０９ｃ、３０９ｄは導電体で形成される。このとき、図６に示すような上に凸の構造（例えば、突起体が固定されている第２の基板３０３または第３の基板３１０から第１の基板３０２に向けて断面積（第１の基板３０２の主面に平行な面の断面積）が減少していく形状）で、全体が導体であってもよく、また表面にのみ導電性膜が成膜されていても同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに、突起体３０９ａ、３０９ｂ、３０９ｃ、３０９ｄの構造は、電気的な取り出しが可能であれば、他の任意の構造であってもよい。
【００９５】
なお、本実施の形態においても第２の電極３０６の領域は第１の電極３０７の領域を超え（第１の電極３０７より外側の）、振動限界（振動により変位可能な範囲）まで構成している。このように構成することにより、大振幅動作においても発電量を低下することなく動作可能であることは実施の形態１と同様である。
【００９６】
４．実施の形態４
図７は、本発明の実施の形態４に係る第２の基板４０３の上面図（図７（ａ））と、第２の基板４０３のＢ−Ｂにおける断面図（図７（ｂ））である。
図７において、第２の基板４０３は、周辺部に第４の電極４０４が形成されている。第２の基板４０３上には、第２の電極４０６が形成される。より詳細には、図示していないが第１の電極と対向する位置に第２の電極４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃが形成され、配線電極４０６ｄにより電気的に接続される。このとき、外部との取り出しが第２の基板４０３の４つの角部のうち少なくとも１つにおいて行われるよう、第４の電極４０４の一部に切り欠きが設けられている。
【００９７】
また、第４の電極４０４の電気的接続は、電極４１４（４０４ａ）を介して、接地される。
ここで、第４の電極４０４は、図３と同様に導電体４０４ａと、第１の絶縁体４０４ｂ、電荷を保持したエレクトレット４０４ｃ、第２の絶縁体４０４ｄにより構成される。
第２の基板４０３を含む振動発電器の動作については他の実施の形態と同様である。
【００９８】
第２の基板４０３をこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(6)静電力によるバネ力への影響を小さくすることができる。
(6)について説明を行う。本実施の形態では、第２の電極４０６の取り出しを第２の基板４０３の端部より行う。
これにより、ｘ軸方向、或いはｙ軸方向に第１の基板４０２が変位しても第２の基板４０３の周辺部に沿って配置された第４の電極４０４による静電力を損なうことなく元の位置に第１の基板を戻すことが可能となる。
また、斜め方向（例えばｘ軸とｙ軸から４５°の方向）に第１の基板４０２が変位した場合においても、第２の基板４０３の４辺に配置されている第４の電極４０４により所望の場所に第１の基板を戻すことが可能となる。このように静電力の効果が一番小さい領域で電極取出しを行うことで、バネ力（復元力）を減少させることなく電極取り出しが可能となる。
【００９９】
なお、本実施の形態に係る図７でも、第２の電極４０６（及び第１の電極）として、３つの電極（４０６ａ、４０６ｂ、４０６ｃ）を記載しているが、第２の電極４０６（及び第１の電極）をさらに多くの短冊状の電極で構成しても同様の効果を得られる。さらに、複数のより多くの第１の電極および／または第２の電極で構成することで、第１の基板の変位に対してより多くの電力を出力できるなどの効果を得られる。
【０１００】
５．実施の形態５
図８は、本発明の実施の形態５に係る振動発電器５００の断面図（図８（ａ））と、第１の基板５０２が変位した状態の振動発電器５００の断面図（図８（ｂ））である。
【０１０１】
なお、図８に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、５００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態１〜４の対応する要素と同一であってよい。
【０１０２】
図８（ａ）において、第３の基板５１０は、支持体５１１により第２の基板５０３の上部に固定して配置される。第１の基板５０２は、第２の基板５０３と第３の基板５１０との間でかつ２つの支持体５１１の間に、その上部および下部に空間を有して配置される。すなわち、第１の基板５０２は、第２の基板５０３と第３の基板５１０との間に浮遊するように（第２の基板５０３および第３の基板５１０から離間して）配置される。
【０１０３】
第１の基板５０２上に形成された第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第２の基板上に形成された第４の電極５０４ａ、５０４ｂとによる静電力で第１の基板５０２は保持される。
また、第１の基体５０２は図６に示す実施形態と同様に第１の突起体および／または第２の突起体を用いて保持してよい。
ここでは、簡単のため配線、及び突起体についての記載は省略している。
【０１０４】
第１の基板５０２はｘ軸方向に変位することが可能であるが、その変位（振動）可能な範囲は、２つの支持体５１１により制御される。すなわち、第１の基板５０２の一方の端部が支持体５１１に接触する位置まで第１の基板５０２は変位できる。
【０１０５】
第４の電極５０４ａ、５０４ｂは、支持体５１１の近傍（かつ第２の基板５０３の端面の近傍）に形成される。また、第３の電極５０５ａ、５０５ｂは、第１の基板５０２の端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２が振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第３の電極５０５ａ、５０５ｂは第４の電極５０４ａ、５０４ｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第３の電極５０５ａ、５０５ｂが第４の電極５０４ａ、５０４ｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０３の端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第４の電極５０４ａ、５０４ｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０１０６】
このように形成した振動発電器５００の動作について説明を行う。
振動発電器５００は、外部からの振動により第１の基板５０２が第２の基板５０３に対して変位することで発電を行う。その際、第１の基板５０２は外部からの振動により変位するが、２つの支持体５１１の間で最大限に変位した場合でも、電荷を保持する膜を含む第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第４の電極５０４ａ、５０４ｂとの重なりが発生しないため、静電力により第１の基板５０２は変位とは逆方向の力を受ける。
【０１０７】
なお、ここでいう第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第４の電極５０４ａ、５０４ｂとの重なりが発生しないとは、第３の電極５０５ａ、５０５ｂと第４の電極５０４ａ、５０４ｂとが完全に重なることないことがないことを意味する。
すなわち、図８（ｂ）に示すように第１の基板５０２の変位が最大になった場合でも第３の電極の端部と第４の電極の端部（図８（ｂ）では第３の電極５０５ａの端部と第４の電極５０４ａの端）のｘ方向の距離ΔｄがΔｄ＞０である。
【０１０８】
振動発電器５００は、このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
(7)低周波数領域における大振幅動作が可能
(7)について説明を行う。
第３の電極５０５ａ、５０５ｂは第１の基板５０２の端面から一定の領域を介して形成されており、実施の形態１から実施の形態４とは電極配置が異なる。前述の実施の形態では、静電力を確保するために、バネ力（静電力）は大きめに設定することで、第１の基板が空間の端面まで変位することを防ぐ必要があり、その結果、バネ力をある程度強くする必要がある。
【０１０９】
一方、本実施の形態のように構成することで、静電力を小さくして第１の基板５０２が大振幅動作を行った場合においても、第３の電極５０５と第４の電極５０４の重なりが発生しないため、変位とは逆の方向に静電力が発生する（正確には、第３の基板方向（ｘ軸方向）とそれに垂直な方向（ｚ軸方向）のベクトル和の方向）。そのため、バネ力（静電力）を小さくすることで、より低周波数領域において、大振幅動作を可能にし、発電が可能となる。
【０１１０】
図９は、本発明の実施の形態５に係る別の振動発電器５５０の断面図（図９（ａ））と、第１の基板５０２Ａが変位した状態の振動発電器５５０の断面図（図９（ｂ））である。
なお、図８に示す実施の形態では、第１の基板５０２の周辺部に静電力を発生する領域を設けたが、図９に示すように、第３の電極５５５と第４の電極５５４ａ、５５４ｂをそれぞれ第１の基板５０２Ａと第２の基板５０３Ａの中央部（ｘ軸方向の中央部）に設けた実施形態も本実施の形態に含まれる。
【０１１１】
この場合においても、第１の基板５０２Ａが２つの支持体５１１の間で最大の変位を行った場合においても、第３の電極５５５と第４の電極５５４ａ、５５４ｂとの重なりが発生しないように設計を行うことで同様の効果を得ることができる。
さらに図９の実施形態では第３の電極５５５の個数を１個にすることが可能であるという利点を有する。
図８および図９に示した実施形態では、第１の基板５０２のｚ軸方向上方への変位を制限することを１つの目的として第３の基板５１０を配置してあるが、第３の基板５１０を有しない実施の形態５に含まれる。
【０１１２】
６．実施の形態６
図１０は、本発明の実施の形態６に係る振動発電器１００Ａの断面図であり、図１１は図１０の振動発電器１００Ａの第１の基板１０２Ａ（図１１（ａ））、及び第２の基板１０３Ｌ（図１１（ｂ））の上面図である。図１０が示す断面は、図１１のＡ−Ａ断面に相当する。
【０１１３】
実施の形態６に係る振動発電器では、第１の基板の両面（２つの主面のいずれにも）に発電用の電極と、対向する基板との間に静電力を形成するための電極とを有する点が実施形態１〜５に記載の振動発電器と異なる。また、このように第１の基板の両面に電極を配置したことに伴い、第１の基板の一方の面と対向して配置されている第２の基板に加えて、第１の基板の他方の面と対向している第３の基板を用いること、およびこの第３の基板上にも発電用の電極と、第１の基板との間に静電力を形成するための電極とを配置してあることも実施形態１〜５に記載の振動発電器と異なる。
以下に振動発電器１００Ａの詳細を説明する。
【０１１４】
振動発電器１００Ａは、第１の基板１０２Ａと、第１の基板１０２Ａの一方の面（図１０では第１の基板１０２Ａの下面）に対向する第２の基板１０３Ｌと、第１の基板１０２Ａの他方の面（図１０では第１の基板１０２Ａの上面）に対向する第３の基板１０３Ｕと、により構成される。
第１の基板１０２Ａの一方の面（図１０では下面）には第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃが形成され、他方の面（図１０では上面）には第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが形成されている。
【０１１５】
また、第１の基板１０２Ａの一方の面に対向する第２の基板１０３Ｌの主面（図１０では上面）上には、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃが、それぞれ第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃに対向する位置に形成されている。
そして、第１の基板１０２Ａの他方の面に対向する第３の基板１０３Ｕの主面（図１０では下面）上には第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃが、それぞれ第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃに対向する位置に形成されている。
【０１１６】
第１の基板１０２Ａの一方の面には第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂが形成され、第１の基板１０２の他方の面には第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂが形成される。
また、第１の基板１０２Ａの一方の面に対向する第２の基板１０３Ｌの主面上には第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂがそれぞれ形成され、第１の基板１０２Ａの他方の面に対向する第３の基板１０３Ｕの主面上には第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂが形成される。
【０１１７】
第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ、第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂと、第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃと、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと、第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとは、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極である。
【０１１８】
第３の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と、第４の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）との間に静電反発力（反発力）が作用するように、第３の電極１０５Ｌの前記膜が保持する電荷の極性（すなわち、エレクトレット電極１０５Ｌが保持する電荷の極性）と第４の電極１０４Ｌの前記膜が保持する電荷の極性とは同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方が負であれば他方も負）であることが好ましい。
また、第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）の前記膜が保持する電荷の極性についても第３の電極１０５Ｌの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第１の電極１０７Ｌと第３の電極１０５Ｌとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【０１１９】
同様に、第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と、第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）との間に静電反発力（反発力）が作用するように、第７の電極１０５Ｕの前記膜が保持する電荷の極性と第８の電極１０４Ｕの前記膜が保持する電荷の極性とは、同じ（すなわち一方が正であれば他方も正であり、一方が負であれば他方も負）であることが好ましい。
さらに同様に、第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）の前記膜が保持する電荷の極性についても第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕの前記膜が保持する電荷の極性と同じであることが好ましい。第５の電極１０７Ｕと第７の電極１０５Ｕと第８の電極１０４Ｕとに同時に電荷を帯電させることができ、プロセスが簡便になるためである。
【０１２０】
一方、第１の電極１０７Ｌと第５の電極１０７Ｕの前記膜の極性（エレクトレット電極の保持する電荷の極性）は、異なっていることが好ましい。これは、第１の基板１０２の上下面に正の電荷、及び負の電荷で帯電した電極を形成することで、第１の基板１０２が実質的に擬似ＧＮＤとして扱うことができるためである。
【０１２１】
従って好ましくは、第５の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕに保持されている電荷の極性と、第１の電極１０７Ｌ、第３の電極１０５Ｌおよび第４の電極１０４Ｌに保持されている電荷の極性とは異なるように構成される。
【０１２２】
図１０には図示していないが、第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕは固定されており、一方第１の基板１０２は固定されていない。このため、第１の基板１０２は、ｚ軸方向と、ｘ軸方向およびｙ軸方向の少なくともいずれか一方の方向に移動可能である。
【０１２３】
第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとは同じ極性の電荷を保持しているため、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間に静電反発力が作用する。この静電反発力は、第１の基板１０２と、第２の基板１０３Ｌの相対位置によりその大きさが変化する。そして、この静電反発力は、第２の基板１０３Ｌの主面に平行な方向のうち図１０の左右方向（図１０中のｘ方向）の成分、第２の基板１０３Ｌの主面に垂直な方向（図１０中のｚ方向）の成分、及び第２の基板１０３Ｌの主面に平行な方向のうち図１０の紙面に垂直な方向（図１０中のｙ方向）の成分に分解することができる。
【０１２４】
同様に、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとは同じ極性の電荷を保持しているため、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間に静電反発力が作用する。この静電反発力は、第１の基板１０２と、第３の基板１０３Ｕの相対位置によりその大きさが変化する。そして、この第３の基板１０３Ｕの主面に平行な方向のうち図１０の左右方向（図１０中のｘ方向）の成分、第３の基板１０３Ｕの主面に垂直な方向（図１０中のｚ方向）の成分、及び第３の基板１０３Ｕの主面に平行な方向のうち図１０の紙面に垂直な方向（図１０中のｙ方向）の成分に分解することができる。
【０１２５】
第１の基板１０２Ａは、上述の第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間の静電反発力のｚ方向成分、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間の静電反発力のｚ方向成分および第１の基板１０２Ａに作用する重力とがバランスする位置で空間を介して保持される（空中に浮遊した状態に保持される）。
【０１２６】
また、第１の基板１０２Ａはｘ軸方向またはｙ軸方向の少なくとも一方（すなわち、第１の基板１０２Ａの主面に平行な方向）において、移動すると元の位置に戻ろうとする力（復元力）が、静電力（静電反発力）のｘ方向成分またはｙ方向成分の少なくとも一方により生ずるように、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂが配置されることが、本実施形態の特徴である。
すなわち、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂとの間に作用する静電力及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂとの間に作用する静電力により、第１の基板１０２はｚ軸方向の所定の位置に保持されるとともに、外力が作用しない時は、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向（第１の基板１０２Ａの主面に平行な方向）についても所定の位置に保持される。
【０１２７】
このように第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ及び第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂを配置することで、第１の基板１０２は機械的なバネを用いることなく、ｘ軸方向および／またはｙ軸方向に振動可能となる。
この結果、第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）との重なり面積および第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）と第６の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ）との重なり面積が変化することで振動発電器１００Ａは発電を行う。
【０１２８】
次に電極配置について説明を行う。
図１１（ａ）は第１の基板１０２Ａの下面を示し、図１１（ｂ）は第２の基板１０３Ｌの上面を示す。
図１１（ａ）に示すように第１の電極１０７Ｌ（図１０の１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃに対応）は、長手方向がｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極は互いに電気的に接続して構成されている。図１１（ｂ）に示すように、同様に第２の電極１０６Ｌ（図１０の１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃに対応）もｙ軸と平行に配置された短冊状の複数の電極からなり、この複数の電極も互いに電気的に接続して構成されている。すなわち、図３と同様の配置を有している。図１１（ａ）、（ｂ）では、簡単のため配線構造を図示していない。
【０１２９】
第１の基板１０２Ａのｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿って、２つの第３の電極１０５L（図１０の１０５Ｌａ、１０５Ｌｂに対応）が配置されている。
同様に第２の基板１０３Ｌのｙ軸方向に延在する周辺部（端部）に沿って、２つの第４の電極１０４Ｌ（図１０の１０４Ｌａ、１０４Ｌｂに対応）が配置されている。
そして、ｘ軸方向において、第４の電極１０４Ｌが第３の電極１０５Ｌより外側になるよう配置されている。
【０１３０】
２つの第３の電極１０５Ｌは互いに電気的に接続されている。また２つの第４の電極１０６Ｌは、互いに電気的に接続されて接地されている。
【０１３１】
図１１（ａ）に示す実施形態では、第３の電極１０５Ｌａを第１の基板１０２の全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点がある。図１１（ｂ）に示す実施形態では、同様に第４の電極１０４Ｌを第２の基板１０３Ｌの全周でなく周囲の一部に配置するだけでよいため構造が簡単になるという利点がある。
【０１３２】
また、図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態では、第３の電極１０５Ｌおよび第４の電極１０４Ｌはそれぞれが配置された基板のｙ軸方向に延在する周辺部（端部）の全長に亘り配置されているが、例えば基板のコーナー部（四隅）のみに配置する、あるいはコーナー部から離れた部分にのみ配置する等一部分にのみ配置してもよい。
【０１３３】
なお、図１１に示す実施形態では、ｘ方向において、第４の電極１０４Ｌが第３の電極１０５Ｌより外側になるよう配置されているが、第３の電極１０５Ｌが第４の電極１０４Ｌより外側になるよう配置してもよい。
【０１３４】
以上に説明した第１の電極１０７Ｌの配置および第３の電極１０５Ｌの配置を、第１の基板１０２Ａの上面における第５の電極１０７Ｕの配置および第７の電極１０５Ｕの配置にそれぞれ適用してもよい。
同様に、以上に説明した第２の電極１０６Ｌの配置および第４の電極１０４Ｌの配置を、第３の基板１０３Ｕの下面における第６の電極１０６Ｕの配置および第８の電極１０４Ｕの配置にそれぞれ適用してもよい。
【０１３５】
第５の電極１０７Ｕの配置および第７の電極１０５Ｕの配置を、それぞれ第１の電極１０７Ｌの配置および第３の電極１０５Ｌの配置と同じにし、かつ第６の電極１０６Ｕの配置および第８の電極１０４Ｕの配置を、それぞれ第２の電極１０６Ｌの配置および第４の電極１０４Ｌの配置と同じにした場合、第１の基板１０２Ａにはｙ軸方向の復元力が作用しない。
このため、第１の基板１０２Ａのｙ軸方向への変位を所定の範囲内に制限するために例えば第２の基板１０３Ｌのｙ軸方向の端部に突起を設ける等、拘束手段を設けるのが好ましい。
【０１３６】
振動発電器１００の動作について説明を行う。
上述のように第３の電極１０５Ｌと第４の電極１０４Ｌとは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力（静電反発力）が作用している。同様に第７の電極１０５Ｕと第８の電極１０４Ｕとは、同じ極性の電荷を有していることから、その間に静電力による反発力が作用している。
【０１３７】
このため第１の基板１０２に外力が作用しなければ第１の基板１０２は所定の位置に保持されている。すなわち、ｚ軸方向については、これら反発力と第１の基板１０２Ａに作用する重力とがバランスする位置で基板１０２Ａは浮遊し留まる。
ｘ軸方向については第３の電極１０５Ｌａと第４の電極１０４Ｌａとの間および第７の電極１０５Ｕａと第８の電極１０４Ｕａとの間に作用する反発力（第１の基板１０２Ａを図１０の右方向に動かそうとする力）と、第３の電極１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌｂとの間および第７の電極１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕｂとの間に作用する反発力（第１の基板１０２Ａを図１０の左方向に動かそうとする力）とがバランスする位置で第１の基板１０２Ａは留まる。
【０１３８】
そして、外部から振動（外力）が加わると、第１の基板１０２Ａは第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕに対して相対的に変位する（移動する）。ｘ軸方向の振動が付与された場合について説明する。振動により、上述の反発力がバランスする位置より右側に第１の基板１０２Ａが変位した場合、第３の電極１０５Ｌａと第４の電極１０４Ｌａとの間および第７の電極１０５Ｕａと第８の電極１０４Ｕａとの間に作用する反発力よりも第３の電極１０５Ｌｂと第４の電極１０４Ｌｂとの間に作用する反発力および第７の電極１０５Ｕｂと第８の電極１０４Ｕｂとの間に作用する反発力の方が大きくなり、第１の基板１０２Ａに左方向に戻る力が作用する。
【０１３９】
一方、反発力がバランスする位置より左側に第１の基板１０２Ａが変位した場合は、第１の基板１０２Ａに右方向に戻る力が作用する。このように第１の基板１０２Ａには、変位した方向と逆方向に押し戻そうとする力（復元力）が発生し、第１の基板１０２Ａを元の位置に戻すことができる。
この復元力を利用して第１の基板１０２Ａを第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕに対して相対的に変位させることで、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃとの重なり面積および第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃと第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃとの重なり面積が増減する。
【０１４０】
この重なり面積の増減により、エレクトレットを有しない第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）および第６の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ）に誘起される電荷量が増減する。この電荷を電気エネルギーとして取り出すことで発電を行う。第１の基板１０２Ａが外部からの振動を受けて相対的な変位を行い、静電力によって元の位置に戻るという振動を続ける限り、この重なり面積の増減は続く。
【０１４１】
本発明の実施の形態にかかる振動発電器１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
（８）低周波数の振動に対しても発電が可能
（９）機械的な信頼性の向上、及び機械的な損失が小さい
（１０）出力電力が大きい
【０１４２】
（８）について詳細な説明を行う。第１の基板１０２Ａと第２の基板１０３Ｌと第３の基板１０３Ｕとは、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有しておらず、静電力によるバネ力を利用しており、弾性構造体のサイズ、材料定数等から決まる共振周波数に律則されず、低周波数領域の振動に対しても発電が可能となる。
【０１４３】
簡単のため、第１の基板１０２Ａの質量をｍとすると、外部振動の加速度ａによって、Ｆ＝ｍａの力が加わると仮定すると、第１の基板１０２ＡはＦの力により変位を行う。また、変位した量により静電力の左右のアンバランスが発生し、それにより元の位置に戻すよう力が加わることとなる。このように、本実施の形態に示す振動発電器１００Ａの第１の基板１０２Ａの変位量は加速度に依存し、低周波数の振動に対しても発電が可能となる。
【０１４４】
（９）について詳細な説明を行う。
本実施の形態に示す振動発電器１００Ａでは、従来構造にあるような機械的な弾性構造体を有していない。そのため、構造での弾性構造体の弾性歪みによる信頼性を確保するために、十分に余裕をもった設計を行うことによる小型化困難などの問題に対して、弾性的な疲労が発生する箇所が無い。その結果、バネ部での機械的な信頼性の確保、小型化及び大振幅での動作を行った場合の信頼性の確保が容易である。
また、シリコンおよびガラス等から成る基板と樹脂バネのような、全く異なる材料からなる部材を形成する必要がないことから構造およびプロセスが複雑でないという利点を有する。
【０１４５】
さらに、第１の基板１０２Ａの下面に形成された第１の電極１０７Ｌ（１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ）と上面に形成された第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）とは異なる極性の電荷を保持している。
このため、第５の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとのうち、一方の電極の電位に対して他方の電極は、逆の電位を持つこととなる。このため、第１の基板１０２Ａ内において擬似ＧＮＤ面が存在することとなる。
【０１４６】
この結果、第１の電極１０７Ｌと第２の電極１０６Ｌ、および第５の電極１０７Ｕと第６の電極１０６Ｕの配置が同様である場合、対向する電極（第２の電極１０６Ｌ（１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ）、第６の電極１０６Ｕ（１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃ））から電気エネルギーを取り出す際に、第２の電極１０６Ｌから取りだした電力の電位と第６の電極１０６Ｕから取り出した電力の電位とは逆相となっている。
【０１４７】
好ましくは、リード線等のやわらかい配線などを用いて第１の基板からＧＮＤを引き出し接地する構成とする。これは、擬似ＧＮＤ面を形成するだけでなく、基準電位（ＧＮＤ）へ第１の基板１０２を接地することで、取り出す電位の安定が図れるからである。
【０１４８】
（１０）について詳細な説明を行う。
本実施の形態に示す振動発電器では、上述のように２組の対向する電極を用いて（第１の電極１０７Ｌと第２の電極１０６Ｌ及び第５の電極１０７Ｕと第６の電極１０６Ｕ）、逆相の電圧として電気エネルギーを取り出すことができる。すなわち、第１の基板の片側のみに電極が形成された実施形態１〜５に示す振動発電器と比較して、同じように第１の基板が１回振動する際に２倍の電力を得ることができる。
【０１４９】
（エレクトレット電極）
以下に、本実施形態に用いる電荷を保持した膜を含む電極（エレクトレット電極）の詳細を説明する。
図１２は、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ、第３の電極１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ、第４の電極１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ、第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ、第７の電極１０５Ｕａ、１０５Ｕｂおよび第８の電極１０４Ｕａ、１０４Ｕｂのいずれとしても用いることができるエレクトレット電極を示す断面図である。図１２に示すエレクトレット電極は図４に示したエレクトレット電極と同様の構造を有している。
【０１５０】
第５の電極１０７Ｕ（１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃ）を例として説明するが、他の電極の場合もそれぞれ対応する基板上に同じ構成を有することが可能であることは言うまでもない。
第１の基板１０２Ａ上に導電体１１７ａが形成される。導電体１１７ａの上部には第１の絶縁体１１７ｂ、電荷を保持した膜であるエレクトレット１１７ｃと第２の絶縁体１１７ｄが形成される。
【０１５１】
第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃのそれぞれの導電体１１７ａは、電気的に接続されている。
また、エレクトレット１１７ｃは導電体１１７ａ全体に形成されてもよく、また短冊状の導電体１１７ａ上の一部にのみに配置されてもよいが、短冊状の導電体１１７ａの一部に形成される方がプロセス、デバイス特性の安定性から好ましい。
【０１５２】
特に、第１の基板１０２として高抵抗の基板を用いることが好ましく、この場合エレクトレット１１７ｃは、導電体１１７ａの上にのみ形成することが望ましい。このように形成することで、電荷を注入する際、電荷をエレクトレット１１７ｃに強制的に注入可能となり、より電荷の安定したエレクトレットが作成可能となる。
なお、ここでいう高抵抗の基板とは、基板全体が抵抗率の高い基板だけでなく、低抵抗基板（例えば、低抵抗シリコン基板）の表面に酸化膜等の絶縁膜を形成したものも含み、後者を用いても前者と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１５３】
次にエレクトレット１１７ｃに用いるエレクトレット材料について説明を行う。
上述のように第１の電極１０７Ｌ、第３の電極１０５Ｌ、第４の電極１０４Ｌ、第５の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕは電荷を保持したエレクトレット膜を有したエレクトレット電極として構成される。
エレクトレット膜１１７ｃを構成するエレクトレット材料としては、ポリプロピレン、ポリエステルテレフタレート、ポリビニルクロライドなどの高分子材料、或いは酸化シリコンなどの無機材料を利用することができる。これらの中でも絶縁耐圧、耐熱性に優れた酸化シリコンを用いることが好ましい。
【０１５４】
また、耐湿性を向上させるため、電荷保持膜である酸化シリコンの周囲はシリコン窒化膜等の絶縁膜で完全に覆う構造とする方が好ましい。例えば酸化シリコンを用いる場合は、シリコン窒化膜等の絶縁膜で酸化シリコンの周囲を完全に覆う構造とすることで、絶縁耐圧、耐熱性、さらには耐湿性に優れたエレクトレット１１７ｃを得ることが可能となる。
【０１５５】
なお、本実施の形態では、第１の電極１０７Ｌと第５の電極１０７Ｕとが異なる極性の電荷を保持している例を示した。しかし、例えば第１の基板１０２Ａからリード線等の電気的な取り出し手段を設けて、第５の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとを接地することにより、第５の電極１０７Ｕと第１の電極１０７Ｌとが同じ極性の電荷を保持する場合で振動発電器１００Ａは発電可能である。この場合、第２の電極１０６Ｌと第６の電極１０６Ｕからは同位相の電位（同じ極性の電荷）として出力されるため、出力端子を共通として配線をおこなうことで発電した電力を取り出せる。
このように、第１の電極１０７Ｌと第５の電極１０７Ｕとを同じ極性にすることで、エレクトレット電極である第１の電極１０７Ｌ、第３の電極１０５Ｌ、第４の電極１０４Ｌ、第５の電極１０７Ｕ、第７の電極１０５Ｕおよび第８の電極１０４Ｕの全てが保持する電荷を同じ極性とすることができる。製造時に同時に電荷を帯電させることができ、プロセスを簡便にできるという利点がある。
【０１５６】
また、本実施の形態では対向して配置され発電に寄与する電極について、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃおよび第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが電荷を保持したエレクトレット電極であり、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃおよび第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃがエレクトレットを含まない通常の電極である例を示した。
【０１５７】
しかし、エレクトレット電極が、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃおよび第６の電極１０６Ｕａ、１０６Ｕｂ、１０６Ｕｃであり、第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃおよび第５の電極１０７Ｕａ、１０７Ｕｂ、１０７Ｕｃが通常の電極であってもよく、この場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１５８】
また、図１０、図１１、図１２には示していないが、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは、導電体１１７ａが外部端子と電気的接続が可能なように形成される。第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄは少なくともエレクトレット１１７ｃを覆うように形成されていればよく、第１の絶縁体１１７ｂ、第２の絶縁体１１７ｄを基板全面に成膜する必要はない。
【０１５９】
なお、図１１に示す実施形態では、第２の電極１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃは第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃと対向する部分にのみ形成したが、第１の電極１０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極１０７Ｌ（第１の電極１０７Ｌａおよび１０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極１０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板１０２Ａ（特に第１の電極１０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極１０６Ｌを形成する。
【０１６０】
同様に、第５の電極１０７Ｕを超えた領域にまで（第５の電極１０７Ｕ（第５の電極１０７Ｕａおよび１０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第６の電極１０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板１０２Ａ（特に第５の電極１０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第６の電極１０６Ｕを形成する。
【０１６１】
このような構成とすることで、以下のような効果を得ることができる。
（１１）重なり面積の増減を一定にすることが可能
第２の電極１０６Ｌを静止した状態の第１の電極１０７Ｌに概ね対向する位置にのみ形成すると、第１の基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合、第１の電極１０７Ｌ（とりわけ端に位置する第１の電極１０７Ｌａ、１０７Ｌｃ）と第２の電極１０６Ｌとが重ならない時間が増加し、重なり面積の増減量が低下するといった問題が発生する。
これは、第６の電極１０６Ｕを静止した状態の第５の電極１０７Ｕに概ね対向する位置にのみ形成し、第１の基板１０２が大振幅（大変位）で振動した場合も同じである。
【０１６２】
しかしながら、第２の電極１０６Ｌを第１の電極１０７Ｌの領域よりも大きく形成する（第１の電極１０７Ｌの外側にまで形成する）ことで、重なり面積の増減の低下を防止でき、重なり面積の増減を常に一定に維持することができる。すなわち振動発電器１００Ａの発電量を安定化することができる。
第６の電極１０６Ｕを第５の電極１０７Ｕの領域よりも大きく形成（第５の電極１０７Ｕの外側にまで形成）した場合も、同様の効果が得られる。
【０１６３】
このような第２の電極１０６Ｌおよび第６の電極１０６Ｕの構成は、特に、本実施の形態に示す静電力を用いた構造のように、第１の基板１０２Ａの振幅を大きくでき、第２の電極１０６Ｌまたは第６の電極１０６Ｕの幅（例えば第２の電極１０２Ｌａのような個々の電極の幅）を超えて振動するような振動発電器において効果は高い。
【０１６４】
さらに、第１の基板１０２の表面（主面）の形状は、図２に示す正方形以外に矩形であっても、或いは他の形状であっても本実施の形態で示す発電用電極（第１の電極１０７Ｌ、第５の電極１０７Ｕ）および静電力発生用電極（第３の電極１０５Ｌ、第７の電極１０５Ｕ）の配置とすることで同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１６５】
また、図１０に示す実施形態では、第２の基板１０３Ｌおよび第３の基板１０３Ｕは固定されており振動しない構成となっているが、第２の基板１０３Ｌと第３の基板１０３Ｌのいずれか一方または両方についても第１の基板１０２Ａと同様に固定せずに振動（移動）可能な構造としてもよい。
【０１６６】
図１０に示す実施形態では上述したように振動発電器１００Ａは、第３の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と第４の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）との間の静電力および第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）との間の静電力を用いて第１の基板１０２Ａに復元力を付与している。このように第１の基板１０２Ａの上面側と下面側の両方に復元力を作用させることは、平面方向（第１の基板１０２Ａの主面と平行な方向）への復元力とともに、上方、或いは下方にのみ力が加わることを回避し、安定に動作することができるから好ましい。
【０１６７】
しかし、例えば第７の電極１０５Ｕ（１０５Ｕａ、１０５Ｕｂ）と第８の電極１０４Ｕ（１０４Ｕａ、１０４Ｕｂ）とを設けずに、第３の電極１０５Ｌ（１０５Ｌａ、１０５Ｌｂ）と第４の電極１０４Ｌ（１０４Ｌａ、１０４Ｌｂ）とを設けて、第１の基板１０２Ａの下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器１００Ａは発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板１０２Ａの一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施の形態に含まれる。
【０１６８】
・変形例
図１３は、本実施の形態の変形例に係る第１の基板１２２Ａ（図１３（ａ））の下面および第２の基板１２３Ｌ（図１３（ｂ））を示す上面図である。
図１１に示す第１の基板１０２Ａでは基板の周辺のうちｙ軸方向に延在する部分にのみ第３の電極１０５Ｌが配置されているのに対して、変形例である第１の基板１２２Ａでは、基板の端部（外周）に沿って全周に第３の電極（エレクトレット電極）１２５Ｌが配置されている点が異なる。
同様に第２の基板１２３Ｌもその端部（外周）に沿っての全周に第４の電極（エレクトレット電極）１０４Ｌが配置されている点が図１１の第２の基板１０３Ｌと異なる。
すなわち、図１３に示す変形例で図２に示したのと同様の電極構造を有する。
【０１６９】
第１の基板１２２Ａの第３の電極１２５Ｌ以外の部分は、第１の基板１０２Ａと同じでよく、例えば第１の電極１２７Ｌは上述の第１の電極１０７Ｌと同じでよい。同様に第２の基板１２３Ｌの第４の電極１２４Ｌ以外の部分は、第２の基板１０３Ｌと同じでよく、例えば第２の電極１２６Ｌは上述の第２の電極１０６Ｌと同じでよい。
【０１７０】
第２の基板１２３Ｌ上の第４の電極１２４Ｌは、第１の基板１２２Ａ上の第３の電極１２５Ｌより外側となるように配置されている。そして、第４の電極１２４Ｌと第３の電極１２５Ｌとは同じ極性のエレクトレット電極であることから、第４の電極１２４Ｌと第３の電極１２５Ｌとの間に静電反発力を生ずる。この静電反発力は、ｘ軸方向およびｚ軸方向に加えｙ軸方向にも生ずる。
【０１７１】
すなわち、本変形例では第１の基板１２２Ａに作用する復元力は、図１０に示す実施形態と同様のｘ軸方向とｚ軸方向に加えて、ｙ軸方向にも作用する。この結果、外力によりｘ軸方向以外の例えばｙ軸方向に第１の基板１２２Ａが変位しても第１の基板１２２Ａを所定の位置に戻す力が発生するため、振動発電器をより安定して動作させることができるという効果を有する。
【０１７２】
この効果をより確実に得るように、第１の基板１２２Ａの上面に配置される第７の電極の形態を第３の電極１２５Ｌと同じにし、第３の基板１０３Ｕの下面に配置される第８の電極の形態を第４の電極１２４Ｌと同じにするのが好ましい。
【０１７３】
なお、図１３に示す実施形態では、第４の電極１２４Ｌが第３の電極１２５Ｌより外側になるよう配置されているが、第３の電極１２５Ｌが第４の電極１２４Ｌより外側になるよう配置してもよい。
【０１７４】
７．実施の形態７
図１４は、本発明の実施の形態７に係る振動発電器２００Ａの断面図である。実施の形態６と異なる点は、第１の基板２０２Ａと第２の基板２０３Ｌとの間および第１の基板２０２Ａと第３の基板２０３Ｕとの間に突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂが形成されている点である。
【０１７５】
なお、図１４に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、２００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態６の対応する要素と同一であってよい。
【０１７６】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、その一端が第２の基板２０３Ｌおよび第３の基板２０３Ｕの一方に固定され、他端が固定されることなく第１の基板２０２Ａに接触可能である。或いは、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、その一端が第１の基板２０２Ａに固定され、他端が第２の基板２０３Ｌまたは第３の基板２０３Ｕの一方に固定されることなく接触可能であってもよい。
【０１７７】
図１４に示す実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂは一端（下方端部）が第２の基板２０３Ｌに固定され、他端（上方端部）が固定されずに第１の基板２０２Ａの下面と接触可能である。一方、突起体２０９Ｕａ、２００９Ｕｂは一端（上方端部）が第３の基板２０３Ｕに固定され、他端（下方端部）が固定されずに第１の基板２０２Ａの上面と接触可能となっている。
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、ｂ２０９Ｕａ、２０９Ｕｂにより、より確実にスティクションを回避することができる。
【０１７８】
以下に、振動発電器２００Ａの動作について説明を行う。
振動発電器２００Ａは、外部からの振動により第１の基板２０２Ａが第２の基板２０３Ｌおよび第３の基板２０３Ｕに対して変位（図１４中の矢印２０８方向）することで発電を行う。その際、第１の基板２０２Ａは外部からの振動により変位した後、静電力により所定の位置に戻される。
【０１７９】
第１の基板２０２Ａが変位した場合、変位した方向とは逆側の静電力が弱くなる。
第１の基板２０２Ａが例えば図１４の右方向に変位した場合、第３の電極２０５Ｌｂと第４の電極２０４Ｌｂとの間および第７の電極２０５Ｕｂと第８の電極２０４Ｕｂとの間に生ずる静電反発力の方が、第３の電極２０５Ｌａと第４の電極２０４Ｌａとの間および第７の電極２０５Ｕａと第８の電極２０４Ｕａとの間に生ずる静電反発力より強くなる。
【０１８０】
このことは、静電反発力のｘ軸方向の成分について考えれば基板２０２Ａを左方向、すなわち元の位置に戻す復元力が働くことを意味する。
一方、静電反発力のｚ軸方向の成分について考えれば、基板２０２Ａをｚ軸方向に保持しようとする静電反発力が基板２０２Ａの右側と左側で異なること意味する。すなわち、ｚ軸方向の変位が不安定になる場合があることを示している。
【０１８１】
そこで本実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを設けて、この突起体により第１の基板２０２Ａを保持し、ｚ軸方向の変位を所定の範囲内に規制することで、第１の基板２０２Ａをより安定に動作させることが可能となる。
すなわち、このように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（１２）第１の基板をより安定に動作することができる。
【０１８２】
（１２）についてさらに説明を行う。
本実施の形態の動作の説明でも示したように、第１の基板２０２Ａを保持できるように突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを構成することにより、第１の基板２０２Ａが変位した際に変位方向と変位と逆方向と間の静電力のアンバランスが生じても第１の基板２０２Ａをより安定して動作させることが可能となる。
【０１８３】
特に、大振幅で動作可能な本発明に係る振動発電器では、第１の基板を大きく変位させることが可能であり、この変位が大きくなるほど第１の基板の一端側と他端側（例えば図１４の右側と左側）との間で静電力のアンバランスが生じやすい。
そして、この静電力のアンバランスにより第１の基板に傾きが生じると、上下方向の力のかかり方にもアンバランスが生じるため、アンバランスの補正が必要な場合がある。しかしながら、アンバランスを補正するために静電力を大きくすると、ｘ軸方向の復元力が大きくなり過ぎて第１の基板が外部振動により十分に変位しないという問題が生じ得る。
【０１８４】
しかし、本実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂを設けて、第１の基板２０２Ａのｚ軸方向の変位を規制（制御）することで傾きの発生も防止できる。その結果、大きな変位を伴う基板を有する振動発電器の利用可能範囲を拡大することが可能となる。
【０１８５】
なお、本実施の形態においても、第１の電極２０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極２０７Ｌ（第１の電極２０７Ｌａおよび２０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極２０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板２０２Ａ（特に第１の電極２０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極２０６Ｌを形成する
【０１８６】
同様に、第５の電極２０７Ｕを超えた領域にまで（第５の電極２０７Ｕ（第５の電極２０７Ｕａおよび２０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第６の電極２０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板２０２Ａ（特に第５の電極２０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第６の電極２０６Ｕを形成することが好ましい。
【０１８７】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、絶縁体および半導体材料であってよい。
また、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは導電体を含んで形成されてもよく、この場合、第１の基板２０２上の電極と電気的に接続して電極取り出しに用いてもよい。
【０１８８】
図１４に示す実施形態では、突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、第１の基板２０２Ａと第２の基板２０３Ｌとの間（第１の基板２０２Ａの下側）および第１の基板２０２Ａと第３の基板２０３Ｕとの間（第１の基板２０２Ａの上側）の両方に設けられている。これは、第１の基板２０２Ａがより大きく変位しても第１の基板２０２Ａが傾くことなく安定して振動するために好ましい実施形態である。
【０１８９】
突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂまたは突起体２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、好ましくはそれぞれ複数個、より好ましくは３個以上形成される。より安定して第１の基板２０２Ａを振動させることができるからである。
【０１９０】
図１４に示す実施形態では突起体２０９Ｌａ、２０９Ｌｂおよび突起体２０９Ｕａ、２０９Ｕｂは、第２の基板２０３Ｌまたは第３の基板２０３Ｕから第１の基板２０２に向けて径が細くなる凸状の形状を有しているが、これに限定されるものではなく例えば三角錐、三角柱、円柱のような、他の形状であってもよい。
【０１９１】
８．実施の形態８
図１５は、本発明の実施の形態３における振動発電器３００Ａの断面図である。実施の形態６と異なる点は、第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第５の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃとの大きさが異なり、また第３の電極３０５Ｌａ、３０５Ｕｂおよび第４の電極３０４Ｌａ、５０４Ｌｂと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂおよび第８の電極３０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの大きさが異なることである。
その他の構成は実施の形態６と同様である。
【０１９２】
なお、図１５に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、３００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態６の対応する要素と同一であってよい。
【０１９３】
振動発電器３００Ａをこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
【０１９４】
（１３）着電量のアンバランスの補正
【０１９５】
（１３）について説明を行う。
第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第３の電極３０５Ｌａ、３０５Ｌｂと第４の電極３０４Ｌａ、３０４Ｌｂはそれぞれ同じ極性の電荷を保持している。また、第５の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂと第８の電極３０４Ｕａ、３０４Ｕｂとはそれぞれ同じ極性の電荷を保持している。一方、第１の電極３０７Ｌａ、３０７Ｌｂ、３０７Ｌｃと第３の電極３０５Ｌａ、３０５Ｕｂと第４の電極３０４Ｌａ、３０４Ｌｂが保持する電荷と、第５の電極３０７Ｕａ、３０７Ｕｂ、３０７Ｕｃと第７の電極３０５Ｕａ、３０５Ｕｂと第８の電極３０４Ｕａ、３０４Ｕｂが保持する電荷とは極性が異なる。
【０１９６】
エレクトレット電極は、その大きさ、特に電荷を保持するエレクトレットの大きさが同じであっても、保持する電荷の極性が異なれば保持できる電荷の量が異なる。従って、異なる極性の電極の大きさ（より詳細には電極のエレクトレットの体積）を同じにすると保持できる電荷量が異なり、静電力および発電される電力量にアンバランスが生じる。
そこで、本実施の形態に示すように、第１の基板３０２Ａに生じる静電力を同基板の上下の電極で実質的に等しくするように電極サイズ（電荷を保持するエレクトレットの体積）を変えることで、着電量のアンバランスの補正を行うことができ、また発電量のアンバランスも生じない。
【０１９７】
加えて、第１の基板３０２Ａの上下に形成した電極のサイズを変えることで、同基板の上下を見分けることを容易に行うことができ、製造工程においてミスを防止できるなど、製造上の効果も大きい。
【０１９８】
なお、本実施の形態においても、第１の電極３０７Ｌを超えた領域にまで（第１の電極３０７Ｌ（第１の電極３０７Ｌａおよび３０７Ｌｃ）よりも外側にまで）第２の電極３０６Ｌを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板３０２Ａ（特に第１の電極３０７Ｌ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第２の電極３０６Ｌを形成する。
【０１９９】
同様に第５の電極３０７Ｕを超えた領域にまで（第５の電極３０７Ｕ（第５の電極３０７Ｕａおよび３０７Ｕｃ）よりも外側にまで）第６の電極３０６Ｕを形成することが好ましい。より好ましくは、第１の基板３０２Ａ（特に第５の電極３０７Ｕ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで第６の電極３０６Ｕを形成する。
【０２００】
９．実施の形態９
図１６は、本発明の実施の形態９に係る第３の基板４０３Ｕの上面図（図１６（ａ））と、第３の基板４０３ＵのＢ−Ｂにおける断面図（図１６（ｂ））である。
図１６において、第３の基板４０３Ｕは、周辺部に第８の電極４０４Ｕが形成されている。第３の基板４０３Ｕ上には、第６の電極４０６Ｕが形成される。より詳細には、図示していないが第５の電極と対向する位置に第６の電極４０６Ｕａ、４０６Ｕｂ、４０６Ｕｃが形成され、配線電極４０６Ｕｄにより電気的に接続される。このとき、外部との取り出しが第３の基板４０３Ｕの４つの角部のうち少なくとも１つにおいて行われるよう、第８の電極４０４Ｕの一部に切り欠きが設けられている。
【０２０１】
また、第８の電極４０４Ｕの電気的接続は、電極４１４Ｕ（４０４Ｕａ）を介して、接地される。
ここで、第８の電極４０４Ｕは、図３と同様に導電体４０４ａと、第１の絶縁体４０４ｂ、電荷を保持したエレクトレット４０４ｃ、第２の絶縁体４０４ｄにより構成される。
第３の基板４０３Ｕを含む振動発電器の動作については他の実施の形態と同様である。
【０２０２】
第３の基板４０３Ｕをこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（１４）静電力によるバネ力への影響を小さくすることができる。
【０２０３】
（１４）について説明を行う。本実施の形態では、第６の電極４０６Ｕの取り出しを第３の基板４０３Ｕの端部より行う。
これにより、ｘ軸方向、或いはｙ軸方向に第１の基板が変位しても第３の基板４０３Ｕの周辺部に沿って配置された第８の電極４０４Ｕによる静電力を損なうことなく元の位置に第１の基板を戻すことが可能となる。
【０２０４】
また、斜め方向（例えばｘ軸とｙ軸から４５°の方向）に第１の基板が変位した場合においても、第３の基板４０３Ｕの４辺に配置されている第８の電極４０４Ｕにより所望の場所に第１の基板を戻すことが可能となる。このように静電力の効果が一番小さい領域で電極取出しを行うことで、バネ力（復元力）を減少させることなく電極取り出しが可能となる。
【０２０５】
なお、図１６では、第６の電極４０６Ｕとして、３つの電極（４０６Ｕａ、４０６Ｕｂ、４０６Ｕｃ）を記載しているが、第６の電極４０６Ｕをさらに多くの短冊状の電極で構成しても同様の効果を得られる。複数のより多くの第６の電極で構成することで、第１の基板の変位に対してより多くの電力を出力できるなどの効果を得られる。
【０２０６】
また、このような本実施の第３の基板４０３Ｕの構成は第２の基板にも適用可能である。上述の第８の電極４０４Ｕと同じ構成の第４の電極と、上述の第６の電極４０６Ｕと同じ構成の第２の電極とを有し、必要に応じて、当該第２の電極の電気的接続のために上述の電極４１４Ｕと同じ構成の電極を有する第２の基板を含む振動発電器は当然に本実施形態に含まれる。
【０２０７】
１０．実施の形態１０
図１７は、本発明の実施の形態１０に係る振動発電器５００Ａの断面図（図１７（ａ））と、第１の基板５０２Ａが変位した状態の振動発電器５００Ａの断面図（図１７（ｂ））である。
【０２０８】
なお、図１７に示す各要素には本実施形態に係る要素であることを明確にするように、５００番台の数字を伴う記号を付している。特に断わらない限り、それぞれの要素は、１００の桁の数字以外が同じ記号で示された実施の形態６〜９の対応する要素と同一であってよい。
【０２０９】
図１７（ａ）において、第３の基板５０３Ｕは、支持体５１１により第２の基板５０３Ｌの上部に固定して配置される。第１の基板５０２Ａは、第３の基板５０３Ｕと第２の基板５０３Ｌとの間でかつ２つの支持体５１１の間に、その上部および下部に空間を有して配置される。すなわち、第１の基板５０２Ａは、第３の基板５０３Ｕと第２の基板５０３Ｌとの間に浮遊するように（第３の基板５０３Ｕおよび第２の基板５０３Ｌから離間して）配置される。
【０２１０】
実施の形態６と同様に、第１の基板５０２Ａの下面に形成された第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第２の基板５０３Ｌの上面上に形成された第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの間に作用する静電力と、第１の基板５０２Ａの上面に形成された第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第３の基板５０３Ｕの下面上に形成された第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの間に作用する静電力とにより第１の基板５０２Ａは保持される。
ここでは、簡単のため配線、及び突起体についての記載は省略している。
【０２１１】
第１の基板５０２Ａはｘ軸方向に変位することが可能であるが、その変位（振動）可能な範囲は、２つの支持体５１１により制御される。すなわち、第１の基板５０２Ａの一方の端部が支持体５１１に接触する位置まで第１の基板５０２Ａは変位できる。
【０２１２】
第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂは、支持体５１１の近傍（第２の基板５０３Ｌの端面の近傍）に形成される。また、第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂは、第１の基板５０２Ａの端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２Ａが振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂは第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂが第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０２Ａの端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０２１３】
同様に、第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂは、支持体５１１の近傍（第３の基板５０３Ｕの端面の近傍）に形成される。また、第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは、第１の基板５０２Ａの端面の近傍でかつ端面から所定の領域を介して形成される。
第１の基板５０２Ａが振動して２つの支持体５１１の間を変位する際に第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂと重なりが発生しない（ｘ軸方向において第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂが第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂより常に内側に位置する）ように形成される。つまり、第１の基板５０２Ａの端面に設けられた領域の大きさ（ｘ軸方向の長さ）は、第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂの大きさ（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成される。
【０２１４】
このように形成した振動発電器５００Ａの動作について説明を行う。
振動発電器５００Ａは、外部からの振動により第１の基板５０２Ａが第２の基板５０３Ｌおよび第３の基板５０３Ｕに対して変位することで発電を行う。その際、第１の基板５０２Ａは外部からの振動により変位するが、２つの支持体５１１の間で最大限に変位した場合でも、電荷を保持する膜を含む第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの重なり、及び第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの重なりが発生しないため、静電力により第１の基板５０２Ａは変位とは逆方向の力を受ける。
【０２１５】
なお、ここでいう第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとの重なりが発生しないとは、第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂとが完全に重なることないことがないことを意味する。
すなわち、図１７（ｂ）に示すように第１の基板５０２の変位が最大になった場合でも第３の電極の端部と第４の電極の端部（図１７（ｂ）では第３の電極５０５Ｌａの端部と第４の電極５０４Ｌａの端部）のｘ方向の距離ΔｄがΔｄ＞０である。
同様に、第７の電極の端部と第８の電極の端部のｘ方向の距離ΔｄもΔｄ＞０である。
【０２１６】
振動発電器５００Ａをこのように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
（１５）低周波数領域における大振幅動作が可能
【０２１７】
（１５）について説明を行う。
第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂおよび第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂは第１の基板５０２Ａの端面から一定の領域を介して（一定の距離で）形成されており、実施の形態６から実施の形態１０とは電極配置が異なる。前述の実施の形態では、静電力を確保するために、バネ力（静電力）を大きめに設定することで、第１の基板が空間の端面まで変位することを防ぐ必要があり、その結果、バネ力をある程度強くする必要がある。
【０２１８】
一方、本実施の形態のように構成することで、静電力を小さくして第１の基板５０２Ａが大振幅動作を行った場合においても、第３の電極５０５Ｌａ、５０５Ｌｂと第４の電極５０４Ｌａ、５０４Ｌｂの重なり及び第７の電極５０５Ｕａ、５０５Ｕｂと第８の電極５０４Ｕａ、５０４Ｕｂとの重なりが発生しないため、変位とは逆の方向に静電力が発生する（より正確には、第２の基板方向（ｘ軸方向）とそれに垂直な方向（ｚ軸方向）のベクトル和の方向）。そのため、バネ力（静電力）を小さくすることで、より低周波数領域において、大振幅動作を可能にし、発電が可能となる。
【０２１９】
なお、例えば第７の電極５０５Ｕ（５０５Ｕａ、５０５Ｕｂ）と第８の電極５０４Ｕ（５０４Ｕａ、５０４Ｕｂ）とを設けずに、第３の電極５０５Ｌ（５０５Ｌａ、５０５Ｌｂ）と第４の電極５０４Ｌ（５０４Ｌａ、５０４Ｌｂ）とを設けて、第１の基板５０２Ａの下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器５００Ａは発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板５０２Ａの一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施の形態に含まれる。
【０２２０】
図１８は、本発明の実施の形態１０に係る別の振動発電器５５０Ａの断面図（図１８（ａ））と、第１の基板５０２Ｂが変位した状態の振動発電器５５０Ａの断面図（図１８（ｂ））である。
図１７に示す実施の形態では、第１の基板５０２Ａの周辺部（端部近傍）に静電力を発生する領域を設けた。一方、図１８に示す実施形態では、第３の電極５５５Ｌと第４の電極５５４Ｌａ、５５４Ｌｂをそれぞれ第１の基板５０２Ｂの下面の中央部（ｘ軸方向の中央部）と第２の基板５０３ＬＡ上面の中央部に設け、さらに第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕａ、５５４Ｕｂをそれぞれ第１の基板５０２Ｂの上面の中央部（ｘ軸方向の中央部）と第３の基板５０３ＵＡ下面の中央部に設けている。
このような実施形態も本実施の形態に含まれる。
【０２２１】
この場合においても、第１の基板５０２Ｂが２つの支持体５１１の間で最大の変位を行った場合においても、第３の電極５５５Ｌと第４の電極５５４Ｌａ、５５４Ｌｂとの重なり及び第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕａ、５５４Ｕｂとの重なりが発生しないように設計を行うことで振動発電器５００Ａと同様の効果を得ることができる。
さらに図１８の実施形態では第３の電極５５５Ｌおよび第７の電極５５５Ｕの個数をそれぞれ１個にすることが可能であるという利点を有する。
なお、必要に応じて複数個の第３の電極５５５Ｌおよび／または第７の電極５５５Ｕを基板５０２Ａの中央部に配置してもよい。
【０２２２】
また、図１８に示す実施形態において、例えば第７の電極５５５Ｕと第８の電極５５４Ｕとを設けずに、第３の電極５５５Ｌと第４の電極５５４Ｌとを設けて、第１の基板５０２Ｂの下側のみに静電力を作用させることでも振動発電器５５０Ａは発電可能である。
そして、このように復元力を生ずる電極を第１の基板５０２Ｂの一方の側にだけ設けた実施形態も当然に本実施形態に含まれる。
【０２２３】
１１．実施の形態１１
本発明の実施の形態１１として、振動発電装置を説明する。図１９は、本実施の形態に係る振動発電装置６００のブロック図である。図１９に示す振動発電器６０１は、実施の形態１〜実施の形態１０で示された振動発電器のいずれか１つである。
【０２２４】
図１９において、振動発電装置６００は、振動発電器６０１、整流回路６０２、電圧変換回路６０３、出力切替回路６０４、蓄電回路６０５と電圧制御回路６０６からなる。振動発電器６０１から出力された交流電圧は、整流回路６０２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路６０３に入力され、振動発電装置６００の出力電圧レベルまで電圧変換し、変換された電圧は、出力切替回路６０４により、電圧制御回路６０６、或いは蓄電回路６０５に入力される。電圧制御回路６０６では、出力電圧が一定となるように電圧制御されて出力される。
【０２２５】
以上のように構成された振動発電装置６００の動作について、図２０を参照して説明を行う。
図２０は振動発電装置６００の各部の電圧波形を示しており、図２０（ａ）は、振動発電器６０１の出力電圧波形である。本実施の形態では簡単のため、第１の基板の変位方向が変わるところでも発電は効率よく行われていると仮定し、振動による重なり面積の増減により正弦波電圧が出力されるとしている。ここで、振動発電器６０１の出力電圧は、第１の基板の振動振幅、第１の基板、第２の基板間のギャップ、エレクトレット膜の保持電荷量、及び振動発電器６０１から見た外部インピーダンスの大きさなどにより電圧振幅Ｖｇは異なる。振動発電器６０１から出力された交流電圧は、整流回路６０２により直流電圧ＶＤＣ１に変換される（図２０（ｂ））。ＶＤＣ１は、振動発電装置６００の出力電圧レベルＶＤＣ２まで電圧変換回路６０３で電圧変換される。出力切替回路６０４の動作は、振動発電装置６００からの電圧出力が必要ないときは、電圧制御回路６０６には出力を行わず、蓄電回路６０５に発電された電力を蓄える、また、振動発電装置６００からの電圧出力が必要であり、発電量が小さい時、蓄電回路６０５に蓄えられた電力を出力するように切替を行う。出力切替回路６０４からの出力は、電圧制御回路６０６により所望の出力電圧ＶＯＵＴに制御されて出力が行われる（図２０（ｃ））。
【０２２６】
また、前述したように、振動発電器６００の出力電圧は、さまざまな要因で変動する。これに対応するため、ＶＤＣ２は、最終的に出力される電圧ＶＯＵＴよりも若干高い電圧に設定することが望ましい。このように設定を行うことで、微小な電圧変動に対しても、出力電圧は一定とすることが可能となる。例として１．８Ｖの出力を行う場合について説明を行うと、ＶＤＣ２を１．８Ｖに設定した場合、振動発電器の出力電圧が減少すると、振動発電器６００の出力電圧も減少するが、例えば、ＶＤＣ２を２Ｖに設定しておけば、０．２Ｖの電圧減少に対しても十分に制御が可能となるなど、利用上の効果は大きい。
【０２２７】
図２１は、本実施の形態に係る別の構造の振動発電装置６１０を示すブロック図である。
図２１において、振動発電器６１０は、実施の形態１〜実施の形態１０のいずれかに示された振動発電器である。
振動発電装置６１０は、振動発電器６１１、整流回路６１２、電圧変換回路６１３、出力切替回路６１４、蓄電回路６１５および電圧制御回路６１６からなる。振動発電器６１１から出力された交流電圧は、整流回路６１２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路６１３に入力され、振動発電装置６１０の電圧制御可能な電圧レベルに電圧変換し、変換された電圧は、電圧制御回路６０６で所望の電圧となるよう制御され蓄電回路６１５に入力される。出力制御回路６１４では、蓄電回路６１５に蓄えられた電力を負荷の状態に合わせて出力制御を行う。
【０２２８】
このような構成を有する振動発電装置６１０においても振動発電装置６００と同様の効果が得られることは言うまでもない。
振動発電装置６１０の動作は、振動発電装置６００のそれと概略同様であるが、電圧制御回路６１６の出力電圧は、蓄電回路６１５への最適な電圧に制御するように設定を行う。また、出力制御回路６１４は、負荷の状態に合わせて振動発電装置６１０からの出力を制御する。
【０２２９】
１２．実施の形態１２
図２２は、自動車に搭載されるタイヤ空気圧モニタリングシステムで使用される通信装置７００のブロック図である。図２２において、発電装置７０１は実施の形態１１で示された振動発電装置を示す。
【０２３０】
図２２において、通信装置７００は、振動により発電を行う発電装置７０１、通信装置の主電源、或いは発電装置７０１のサブ電源としての電池７０２、発電装置７０１からの出力と電池７０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部７０３と、タイヤの空気圧を測定する圧力センサ７０４、圧力センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部７０５、処理部７０５からの入力信号を高周波信号に変換してアンテナ７０７へ伝える通信部７０６と、アンテナ７０７からなる。
【０２３１】
以上のように構成された通信装置７００の動作について説明を行う。
圧力センサ７０４、処理部７０５、通信部７０６が動作するために必要な電力を、電源制御部７０３により発電装置７０１、或いは電池７０２から供給を行う。圧力センサ７０４は、タイヤの空気圧を測定し、測定結果を電圧信号に変換して処理部７０５へ入力する。処理部７０５で処理された信号は、通信部７０６へ入力され高周波信号としてアンテナ７０７から伝搬される。
【０２３２】
このように、振動発電装置を通信装置の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数の低減、或いは電池交換無しといった状況が可能であり、利用上の効果は大きい。
【０２３３】
また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示したが、振動発電装置からの出力電力が圧力センサ、処理部、通信部等の回路で消費する電力、通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば振動発電装置のみでもかまわない。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり機器の小型化といった点で有効である。
【０２３４】
さらに、本実施の形態では、実施の形態１から１１に示す振動発電器、振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０２３５】
さらに、本実施の形態では、実施の形態１から１１に示す振動発電器、振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０２３６】
１３．実施の形態１３
図２３は、おもちゃなどに搭載される音の出る電子機器８００のブロック図である。図２３において、発電装置８０１は実施の形態１１で示された振動発電装置を示す。
図２３において、電子機器８００は、振動により発電を行う発電装置８０１、通信機器の主電源、或いは発電装置８０１のサブ電源としての電池８０２、発電装置８０１からの出力と電池８０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部８０３と、外部からの応答（例えば、ボタンプッシュ、傾きなど）を検出するセンサ８０４、センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部８０５、処理部８０５からの入力信号によりスピーカー８０７へ伝える制御部８０６と、スピーカー８０７からなる。
【０２３７】
以上のように構成された通信装置（電子機器）８００の動作について説明を行う。
センサ８０４、処理部８０５、制御部８０６が動作するために必要な電力を、電源制御部８０３により発電装置８０１、或いは電池８０２から供給を行う。センサ８０４は、外部からの応答を検出し、検出結果を処理部８０５へ入力する。処理部８０５で処理された信号が所望の値を超えると、制御部８０６へ入力されスピーカー８０７から音を出力する。
【０２３８】
このように、振動発電装置を電子機器の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数の低減、或いは電池交換無しといった状況が可能であり、利用上の効果は大きい。
また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示したが、振動発電装置からの出力電力が圧力センサ、処理部、通信部等の回路で消費する電力、通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば振動発電装置のみでもかまわない。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり機器の小型化といった点で有効である。
【０２３９】
また、本実施の形態では、実施の形態１から１１に示す振動発電器、振動発電装置を用いる例を示したが、外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電器であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０２４０】
なお、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０２４１】
本出願は、日本国特許出願、特願２００９−２７５６１２と特願２００９−２９３７２１を基礎出願とする優先権主張と伴う。特許出願特願２００９−２７５６１２と特願２００９−２９３７２１は参照することにより本明細書に取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２４２】
本発明にかかる振動発電器は、第1の基板の大振幅動作と低周波数領域の外部振動の発電を行うことができ、かつ、弾性歪みを伴うバネを排除することで信頼性を向上し、静電誘導型振動発電器として有用である。また、本発明にかかる振動発電器は、小電力の無線通信モジュール、その他電子機器等の用途においては大変有用である。
【符号の説明】
【０２４３】
１００、１００Ａ  振動発電器
１０１  発電領域
１０２、１０２Ａ  第１の基板
１０３、１０３Ｌ  第２の基板
１０３Ｕ  第３の基板
１０４ａ、１０４ｂ  エレクトレット電極
１０５ａ、１０５ｂ  エレクトレット電極
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６Ｌａ、１０６Ｌｂ、１０６Ｌｃ  第２の電極
１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７Ｌａ、１０７Ｌｂ、１０７Ｌｃ  第１の電極
１０８  振動方向
２０９ａ、２０９ｂ、２０９Ｕａ、２０９Ｌａ、２０９Ｕｂ、２０９Ｌｂ  突起体
６００  振動発電装置
７００  通信装置
８００  電子機器
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板上に配置された第１の電極と、
前記第１の基板から離間し、かつ対向して配置された第２の基板と、
前記第２の基板に配置された第２の電極と、
を含み、前記第１の基板が前記第２の基板に対して振動可能でかつ、前記第１の電極と前記第２の電極の一方が電荷を保持した膜を含む振動発電器であって、
前記第１の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第３の電極と、
前記第２の基板上に配置された、電荷を保持した膜を含む第４の電極と、
を更に含み、
前記第３の電極と前記第４の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第２の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする振動発電器。
【請求項２】
前記第１の電極または前記第２の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第３の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第４の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする請求項１に記載の振動発電器。
【請求項３】
前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、
前記第３の電極が前記第１の基板の端面近傍に配置され、
前記第４の電極が前記第２の基板の端面近傍で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項４】
前記第１の基板の前記振動の振幅を規定する規制部材を有し、
前記第３の電極が前記第１の基板の中央部に配置され、
前記第４の電極が前記第２の基板の中央部で、かつ前記第１の基板が前記振動をしても前記第３の電極と前記第４の電極とが重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項５】
一端が前記第２の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている突起体を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項６】
前記第１の基板の前記第２の基板に対向する面と反対側の面に対向し、前記第１の基板から離間した第３の基板と、
一端が前記第３の基板上に固定され、他端が前記第１の基板と接触して前記第１の基板と電気的に接続されている第２の突起体と
を含むことを特徴とする請求項５に記載の振動発電器。
【請求項７】
前記第３の基板が前記第２の基板上に形成した支持体により支持され、前記支持体は前記第１の基板の前記振動の振幅を規定することを特徴とする請求項６に記載の振動発電器。
【請求項８】
前記第１の電極と前記第３の電極とが、前記第１の基板上に形成された電荷を保持した第１の膜と、該第１の膜を覆うように形成された絶縁体とにより構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項９】
前記第１の基板から離間し、かつ前記第１の基板の一方の面と対向して配置された第３の基板と、
前記第１の基板の前記一方の面に配置された第５の電極と、
前記第５の電極と対向するように前記第３の基板上に配置された第６の電極と、
を更に含み、
前記第１の基板が前記第３の基板に対して振動可能で、前記第２の基板が前記第１の基板の他方の面と対向し、
前記第１の電極と前記第３の電極が前記第１の基板の前記他方の面に配置され、
前記第５の電極および前記第６の電極の一方が電荷を保持した膜を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電器。
【請求項１０】
前記第１の基板の前記一方の面に配置され、かつ電荷を保持した膜を含む第７の電極と、
前記第３の基板に配置され、電荷を保持した膜を含む第８の電極と、
を更に含み、
前記第７の電極と前記第８の電極は、前記第１の基板に外力が作用しないときは前記第１の基板を所定の位置に保持し、前記第１の基板に外力が作用して前記第１の基板が前記第３の基板に対して移動したときは前記第１の基板を前記所定の位置に戻す静電力が作用するように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の振動発電器。
【請求項１１】
前記第５の電極または前記第６の電極の一方が有する前記電荷を保持する膜と、前記第７の電極が有する前記電荷保持する膜と、前記第８の電極が有する前記電荷保持する膜とが、同じ極性の電荷を保持することを特徴とする請求項１０に記載の振動発電器。
【請求項１２】
前記第３の電極と前記第４の電極とを２組有し、前記第３の電極と前記第４の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第３の電極と前記第４の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第３の電極と前記第４の電極とが配置され、
前記第７の電極と前記第８の電極とを２組有し、前記第７の電極と前記第８の電極の一方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分と、前記第７の電極と前記第８の電極の他方の組の電極間に作用する静電力の前記第１の基板に平行な成分とが、反対方向を向くように前記２組の第７の電極と前記第８の電極とが配置されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の振動発電器。
【請求項１３】
一端が前記第２の基板または前記第３の基板に固定され、他端が前記第１の基板と接触可能な突起体を含むことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１４】
前記第１の電極が前記電荷を保持した膜を含み、
前記第２の電極が前記電荷を保持した膜を含み、
前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極と前記第７の電極とが、前記第１の基板上に形成した電荷を保持した膜と、該電荷を保持した膜を覆う絶縁体とを含むことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の振動発電器。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の振動発電器と、
前記振動発電器からの交流出力電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路と、
を含むことを特徴とする振動発電装置。
【請求項１６】
前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換を行う電圧変換回路と、
前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、
前記電圧変換回路、或いは前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、
前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、或いは電圧制御回路に切り替える出力切替回路と、
を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の振動発電装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の振動発電装置を用いた通信装置。
【請求項１８】
請求項１〜１４のいずれか1項に記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする通信装置。
【請求項１９】
請求項１５または１６に記載の発電装置を用いた電子機器。
【請求項２０】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の振動発電器と電池とを有することを特徴とする電子機器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011067936.tif 000028
【図２】
2011067936.tif 000029
【図３】
2011067936.tif 000030
【図４】
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【図５】
2011067936.tif 000032
【図６】
2011067936.tif 000033
【図７】
2011067936.tif 000034
【図８】
2011067936.tif 000035
【図９】
2011067936.tif 000036
【図１０】
2011067936.tif 000037
【図１１】
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【図１２】
2011067936.tif 000039
【図１３】
2011067936.tif 000040
【図１４】
2011067936.tif 000041
【図１５】
2011067936.tif 000042
【図１６】
2011067936.tif 000043
【図１７】
2011067936.tif 000044
【図１８】
2011067936.tif 000045
【図１９】
2011067936.tif 000046
【図２０】
2011067936.tif 000047
【図２１】
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【図２２】
2011067936.tif 000049
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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2011067936.tif 000054
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